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天津大学AM:智能DNA纳米系统强化mRNA转染

时间:2023-07-31 来源: 浏览:

天津大学AM:智能DNA纳米系统强化mRNA转染

高分子科学前沿
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mRNA作为一种 新兴的治疗性核酸药物,在多种疾病的预防和治疗中受到了广泛关注。mRNA转染到细胞后,在细胞质中翻译成蛋白质并发挥相应功能,可以有效降低基因组整合的风险。然而,mRNA本身具有膜不透过性,易被血浆中的内源酶降解;此外,难转染细胞中高表达的谷胱甘肽(GSH)抑制mRNA翻译,进而影响mRNA转染。因此,亟需发展兼具转染和翻译调控功能的mRNA递送载体。DNA是一种具有序列可编程性与分子识别能力的生物大分子,同时作为材料构筑基元,可构筑具有时空可编程组装能力及刺激响应性的材料,通过对材料结构与功能的精准调控,实现核酸药物的高效负载和 可控释放。

近期, 天津大学化工学院 仰大勇教授 姚池副教授 团队联合军事医学研究院微生物流行病研究所 王升启研究员 团队和上海交通大学医学院附属仁济医院 刘培峰教授 团队 在mRNA递送方面取得新进展,设计了一种智能响应的DNA纳米系统,实现了难转染巨噬细胞中mRNA的可控递送和高效转染 ,相关成果发表于国际权威期刊《先进材料》(Advanced Materials)。博士研究生 吕兆月 、硕士研究生 黄梦雪杨静副研究员 为共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金等资助支持。
研究团队通过沉淀共聚合反应和杂交链式反应合成DNA纳米系统,高效负载mRNA和siRNA,通过siRNA的基因沉默作用,抑制GSH表达,显著提高难转染巨噬细胞中mRNA的翻译水平。DNA纳米系统具有温敏性的相变特性,并设计有能够特异性识别mRNA polyA尾的polyT序列。在低温(4 o C)下,DNA纳米系统转变为溶胀态,暴露出内部的polyT序列,利用碱基互补配对特异性地结合mRNA polyA尾;当恢复至生理温度(37 o C)时,DNA纳米系统退溶胀,实现mRNA的高效负载。在难转染巨噬细胞中,DNA纳米系统内部的二硫键响应高浓度GSH后断裂,促进DNA纳米系统解散;同时,DNA纳米系统响应胞内高浓度的三磷酸腺苷(ATP)和RNase H酶,释放siRNA和mRNA。释放的siRNA高效沉默靶标基因(Hsp27),抑制了GSH表达,促进了与核糖体成熟相关蛋白(p-RPS6)表达,在细胞和活体水平上均显著提高了mRNA翻译水平,增强了mRNA转染效果。这种智能响应DNA纳米系统为核酸药物的高效可控共递送提供了有潜力的解决策略,有望促进mRNA疗法的应用。
图1. 智能响应的DNA纳米系统用于mRNA的高效可控递送
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原文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202300823
来源:高分子科学前沿
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