Des chercheurs font progresser la stabilité des nanostructures d’ADN

Des chercheurs de l’Institut de l’ARN de l’Université d’Albany ont démontré une nouvelle approche de l’assemblage des nanostructures d’ADN qui ne nécessite pas de magnésium. Le procédé améliore la biostabilité des structures, les rendant plus utiles et fiables dans une gamme d’applications. L’ouvrage paraît dans la revue Petit ce mois-ci.

Lorsque nous pensons à l’ADN, la première association qui nous vient à l’esprit est probablement la génétique – la structure en double hélice à l’intérieur des cellules qui abrite le plan directeur d’un organisme pour la croissance et la reproduction. Un domaine de la recherche sur l’ADN en évolution rapide est celui des nanostructures d’ADN – des molécules synthétiques constituées des mêmes éléments constitutifs que l’ADN trouvé dans les cellules vivantes, qui sont conçues pour résoudre des défis critiques dans des applications allant du diagnostic médical et de l’administration de médicaments à la science des matériaux. et le stockage des données.

“Dans ce travail, nous avons assemblé des nanostructures d’ADN sans utiliser de magnésium, qui est généralement utilisé dans ce processus, mais présente des défis qui réduisent finalement l’utilité des nanostructures produites”, a déclaré Arun Richard Chandrasekaran, auteur correspondant de l’étude et chercheur principal. chercheur à l’Institut de l’ARN.

“Par exemple, le magnésium peut provoquer l’agrégation de nanoparticules d’ADN, ce qui modifie les caractéristiques du médicament administré. Cela peut interférer avec la charge de médicament dans le corps, réduisant finalement l’efficacité du médicament. Le magnésium peut également améliorer l’activité des enzymes dans le corps. qui dégradent l’ADN, réduisant ainsi la durée de vie des nanostructures dans le corps.”

L’équipe de recherche, qui comprenait des scientifiques de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, a assemblé quatre types de nanostructures d’ADN dans six ions métalliques différents, dont le calcium, le baryum, le sodium, le potassium et le lithium, ainsi que le magnésium.

“Nous avons constaté que les nanostructures d’ADN assemblées en ions monovalents (sodium, potassium, lithium) sont beaucoup plus biostables que celles assemblées en ions divalents (magnésium et calcium)”, a déclaré Chandrasekaran.

“Nous avons démontré la large applicabilité de nos découvertes en assemblant quatre types de nanostructures d’ADN de complexités et de tailles différentes à l’aide de ces différents ions. Celles-ci allaient de petits motifs d’ADN tels que le motif à double croisement et le motif en étoile à trois branches à de plus grands assemblages tels que comme un tétraèdre d’ADN et un triangle d’origami d’ADN.”

“L’assemblage de structures capables de résister à la dégradation par les nucléases, telles que celles que nous avons assemblées ici, serait utile dans les applications biologiques telles que l’administration de médicaments où les nanostructures d’ADN utilisées comme supports de médicaments doivent être intactes jusqu’à ce qu’elles délivrent le médicament à la cible des sites.”

“Notre travail se concentre sur l’identification des conditions qui peuvent être utilisées pour construire des systèmes efficaces d’administration de médicaments”, a déclaré Arlin Rodriguez, premier auteur de l’étude et spécialiste du soutien à la recherche dans le laboratoire de Chandrasekaran au RNA Institute.

“Un aspect important mis en évidence dans cette étude est la résistance des nanostructures assemblées en ions monovalents contre la dégradation des nucléases, ce qui est utile pour prévenir les dommages à ces structures en présence d’une nucléase. Cette amélioration de la durabilité des nanostructures peut aider à optimiser la libération de médicaments dans le corps. .”

“Le magnésium est traditionnellement le principal ion utilisé dans l’assemblage des nanostructures d’ADN”, a déclaré le co-premier auteur Dhanush Gandavadi, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign. “Cependant, en nous limitant uniquement au magnésium, nous avons négligé les possibilités d’assemblage de nanostructures d’ADN à l’aide d’ions alternatifs.”

“Notre étude élargit les horizons de la conception de nanostructures d’ADN et facilite le développement de systèmes d’administration de médicaments supérieurs en explorant divers ions”, a déclaré l’auteur co-correspondant Xing Wang, membre du corps professoral de bioingénierie et de chimie à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign.

“De plus, notre étude met en lumière l’influence de divers ions sur la stabilité et la compacité des nanostructures d’origami d’ADN, élargissant ainsi notre compréhension de leurs propriétés fondamentales.”

Ensuite, l’équipe prévoit d’optimiser davantage l’assemblage des nanostructures dans une variété d’ions métalliques pour des rendements d’assemblage plus élevés, et de tester la biostabilité des structures assemblées en l’absence de magnésium dans les cellules.