Tutkijat seurasivat reaaliajassa, miten syöpälääke vapautui DNA-nanorakenteista
DNA-nanoteknologia – tutkimusala, jossa hyödynnetään DNA-molekyylejä rakennuselementteinä – on yleistynyt viime vuosina ja mahdollistanut yhä monimutkaisempien nanorakenteiden muodostamisen. DNA-nanorakenteet, kuten DNA-origamit, soveltuvat erinomaisesti muun muassa lääkeaineita kuljettavien nanokantajien rakennuspalikoiksi. Toistaiseksi tiedetään kuitenkin vain vähän siitä, miten kehon ulkopuolista DNA:ta pilkkovat entysyymit, kuten endonukleaasit, hajottavat näitä rakenteita verenkierrossa ja kudoksissamme.
Aalto-yliopiston, Jyväskylän yliopiston, Ludwig-Maximilian-Universität Münchenin (Saksa) ja Universität Paderbornin (Saksa) tutkijat ryhtyivät ratkomaan kysymystä menetelmällä, jolla havainnoitiin lääkeaineita sisältävien DNA-origamien endonukleaasihajoamista reaaliajassa.
Aiemmassa tutkimuksessaan tutkijat seurasivat hajoamisprosessia yksittäisten pinnalle asemoitujen DNA-origamirakenteiden tarkkuudella nopean atomivoimamikroskoopin avulla. He havaitsivat muun muassa, että DNA-origamien rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat niiden hajoamisnopeuteen ympäristössä, jossa on runsaasti endonukleaaseja.
Nyt he tarkastelivat samanaikaisesti sekä DNA:n hajoamista että hajoamisen aiheuttamaa doksorubisiini-syöpälääkkeen (dox) vapautumista DNA-rakenteista. Lääke sitoutuu DNA-kaksoiskierteen emäsparien väliin.
”Saimme selvitettyä sekä nukleaasien aiheuttaman hajoamisen että lääkeaineen vapautumisen nopeusprofiilit tarkkailemalla DNA:n ja lääkeaineen spektroskooppisten ominaisuuksien muuttumista prosessin aikana. Tämä menetelmä mahdollisti nanorakenteiden käyttäytymisen seuraamisen niiden liikkuessa vapaasti nesteessä”, sanoo tutkimusta johtanut Aalto-yliopiston dosentti Veikko Linko.
”Vaikuttaa siltä, että pinnoilla ja liuoksessa tapahtuvat hajoamisprosessit poikkeavat toisistaan. Käyttämällä tietoa molemmista prosesseista voimme analysoida, miten nukleaasit pilkkoisivat nanorakenteita esimerkiksi verenkierrossa. Lisäksi osoitimme, että lääkeaineen vapautumisprofiilit olivat vahvasti kytköksissä rakenteiden hajoamisprofiileihin. DNA-nanorakenteen muotoa tai geometriaa muokkaamalla saimme säädettyä lääkeannoksen vapautumisnopeutta”, kertoo tohtorikoulutettava Heini Ijäs.
Tutkimusryhmän jäsenet tarkastelivat myös lääkkeen sitoutumista DNA-rakenteisiin ja huomasivat, että valtaosa aikaisemmin tehdyistä tutkimuksista on yliarvioinut DNA-rakenteeseen ladatun dox-lääkkeen määrän.
”Monet julkaisut ovat kertoneet doksorubisiinia sisältävien DNA-nanorakenteiden vaikutuksista syövän vastaisessa taistelussa. Niissä on kuitenkin ollut pitkälti kyse vapaista yksittäisistä dox-molekyyleistä tai molekyyliryppäistä eikä lääkkeillä ladatuista DNA-rakenteista. Tutkimuksemme on erittäin tärkeä turvallisempien ja tehokkaampien lääkeaineiden kulkeutumismekanismien kehittämisen kannalta ja siten myös askel kohti DNA-pohjaisten biolääketieteellisten ratkaisujen soveltamista reaalimaailmaan”, Ijäs toteaa.
Artikkeli: H. Ijäs, et al. Unraveling the interaction between doxorubicin and DNA origami nanostructures for customizable chemotherapeutic drug release.
Nucleic Acids Research 49 (2021), gkab097
Tulokset on julkaistu Nucleic Acids Research -julkaisussa etukäteisartikkelina 28. helmikuuta.
Linkki julkaisuun (academic.oup.com)
Tutkimusta ovat rahoittaneet Emil Aaltosen säätiö, Suomen Akatemia, Jane ja Aatos Erkon säätiö, Sigrid Juséliuksen säätiö sekä Suomalaisen Tiedeakatemian Vilho, Yrjö ja Kalle Väisälän rahasto.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Dosentti Veikko Linko
Biohybridimateriaalien tutkimusryhmä, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
puh. 045 673 9997
veikko.linko@aalto.fi
Tohtorikoulutettava Heini Ijäs
Nanotiedekeskus, Bio- ja ympäristötieteiden laitos, Jyväskylän yliopisto & Biohybridimateriaalien tutkimusryhmä, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
heini.ijas@jyu.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tutkimus: Uusien rakennusten päästöistä 70 prosenttia tulee rakentamisesta – eikä sitä huomioida tarpeeksi30.6.2025 07:53:14 EEST | Tiedote
Energiatehokkuus ja uusiutuvan energian käyttö ovat vähentäneet uudisrakennusten elinkaaripäästöjä, mutta rakentamisen päästöt eivät ole laskeneet. Viheralueiden vaaliminen ja puurakentamisen suosiminen tekisi rakentamisesta kestävämpää, korostavat tutkijat.
Tutkimus: Seksuaali- ja sukupuolivähemmistöille myönteiset yritykset ovat selvästi innovatiivisempia18.6.2025 09:30:00 EEST | Tiedote
Yhdysvaltalaisia suuryrityksiä koskenut tutkimus kertoo, että patenttien määrä ja laatu kasvavat merkittävästi, jos yritys saa korkeat pisteet LGBTQ+-yhteisöä eli seksuaali- ja sukupuolivähemmistöjä tukevissa arvioinneissa.
Koneoppiminen tuo vallankumouksen tutkimukseen ja tuotekehitykseen – uuden tekoälyinstituutin johtajalle merkittävä EU-rahoitus17.6.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi projekti ratkoo koneoppimisen keskeistä pullonkaulaa ja muodostaa myös yhden uuden ELLIS-instituutin tutkimuksen kulmakivistä.
A revolution for R&D with the missing link of machine learning — project envisions human-AI expert teams to solve grand challenges17.6.2025 13:00:00 EEST | Press release
Robust, deployable and collaborative machine learning (ML) methods are needed for artificial intelligence (AI) to become truly useful. This ERC-funded research aims to solve a major ML bottleneck and will form a cornerstone of the newly established ELLIS Institute Finland.
Väitöstutkimus: Suomen väestönsuojajärjestelmä on kansainvälisesti poikkeuksellisen kattava – kuumenevat kesät voivat kuitenkin haastaa sen toimivuutta12.6.2025 11:30:00 EEST | Tiedote
Vuosikymmenten aikana rakennetun suomalaisen väestönsuojajärjestelmän hinta vastaa vain noin kolmen vuoden puolustusbudjettia – ja se suojaa lähes koko väestön.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme