國家納米中心利用核酸自組裝結構實現基因藥物遞送

　　基因治療是一類在疾病發生的最根本層面上實現相關治療的研究策略。現已上市的基因治療藥物大多是以病毒為載體實現基因遞送的。病毒載體的引入無疑會引起人們對該類治療體系的生物安全性產生顧慮。因此，發展生物相容的基因遞送載體就顯得越來越重要，並且成為具有挑戰性的前沿課題之一。近年來發展起來的DNA折紙納米技術是一種獨特的自下而上的自組裝納米技術，可被用於設計和製備具有各類尺寸和形貌可控的自組裝納米結構。DNA納米結構和基因藥物具有化學組成上的一致性，在具有生物相容性的基因遞送載體的設計上表現出顯著的優勢。

　　2012年以來，中國科學院國家納米科學中心丁寶全課題組以自組裝的多功能核酸納米結構為基礎，構建了一系列藥物遞送載體。所遞送的藥物組分涉及化療小分子藥物（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13396; ACS Nano 2014, 8, 6633）、光熱治療納米顆粒藥物（Small 2015, 11, 5134; Adv. Mater. 2016, 28, 10000）、功能性蛋白類藥物（Nat. Biotechnol. 2018, 36, 258），以及核酸類藥物（ACS Appl. Mater. Interfaces2017, 9, 20324; Nano Lett. 2018, 18, 3328）。該類多功能核酸納米藥物遞送體系表現出非常好的腫瘤靶向性和生物相容性，可作為全新的疾病診斷和治療平台。在最近發表的研究工作中，丁寶全課題組首次利用DNA折紙結構為載體高效且可控地實現了化療藥物阿霉素和線性小髮夾RNA轉錄模板的共遞送，完成了化療和基因治療的聯合給藥。該研究成果以A Tailored DNA Nanoplatform for Synergistic RNAi-/Chemo- Therapy of Multidrug-Resistant Tumors 為題被《德國應用化學》雜誌在線發表（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201809452）。

　　基因治療在癌症治療領域的研究已經被廣泛報導，大多是通過各類陽離子脂質體、高分子聚合物和無機納米顆粒等為載體實現基因遞送。多功能DNA納米結構作為一種生物相容的納米載體可以很好地應用於基因類藥物的遞送研究。以靶向修飾的三角形DNA折紙結構為載體，首先通過鹼基間嵌插的方式實現化療藥物阿霉素的高效負載。隨後，利用核酸鏈間的鹼基互補配對策略定點連接上靶向多藥耐藥相關基因（P糖蛋白和生存素）的線性小髮夾RNA轉錄模板。該類化療藥物和基因藥物共負載的DNA納米給藥體系可通過修飾的核酸適配體實現對具有阿霉素耐藥性的乳腺癌腫瘤細胞靶向遞送。通過胞內pH響應和還原氛圍實現阿霉素和基因藥物的可控釋放，利用RNA干擾的方法實現P糖蛋白和生存素的表達下調，達到對腫瘤細胞的殺傷。小鼠活體實驗結果表明，該類DNA納米給藥體系表現出非常好的腫瘤靶向性和生物相容性，能夠對耐藥性乳腺癌腫瘤模型產生顯著的治療效果。該研究基於生物系統的天然核酸結構，實現了化療和基因治療的聯合給藥，為惡性腫瘤等疾病的治療提供新的研究策略。

　　論文的第一作者是國家納米中心助理研究員劉建兵，通訊作者為丁寶全。該研究得到國家自然科學基金委員會和中科院前沿科學重點研究計劃等的支持。

圖：DNA折紙結構負載化療藥物和基因藥物，靶向耐藥腫瘤細胞，實現耐藥腫瘤生長抑製示意圖

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