Российские исследователи придумали уникальный «умный» материал, который можно использовать как для быстрого ДНК-анализа, так и для создания систем адресной доставки лекарств. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

В последнее время все более популярной становится разработка систем адресной доставки лекарств. В отличие от обычных препаратов такие лекарственные средства не распространяются по всему организму, воздействуя на все его клетки, а локализуются только в определенных местах, в которых происходит патологический процесс, например развитие опухоли.

Для увеличения специфичности доставки лекарств необходимы «умные» материалы, способные анализировать сразу несколько параметров своего окружения и более точно находить мишень. «Общепринятые способы доставки лекарств напоминают письмо с указанием города и улицы, но без номера дома и квартиры, — отмечает один из авторов нового исследования, сотрудник МФТИ Максим Никитин. — Для эффективной доставки нужно уметь анализировать больше параметров».

В новой работе российским ученым удалось сделать прорыв. Они создали уникальный «умный» материал, который имеет сверхчувствительность к ДНК-сигналам. Она не просто на несколько порядков выше чувствительности всех остальных материалов, но и лучше, чем абсолютное большинство имеющихся сегодня экспресс-тестов ДНК. Добиться этого исследователи смогли с помощью обнаруженного ими феномена необычного поведения ДНК-молекул на поверхности наночастиц.

В ходе работы ученые пришивали молекулу одноцепочечной ДНК одним концом на поверхность наночастиц. Важно, что эта ДНК-молекула не имела двухцепочечных областей, образующихся за счет спаривания фрагментов своей же цепи. В это время на другой конец нити ДНК был пришит рецептор, который распознает определенные молекулярные фрагменты — маркеры — на поверхности клеток. 

К удивлению исследователей, рецептор никак не хотел связываться с мишенью. Авторы предположили, что на поверхности наночастицы одноцепочечная нить ДНК «прилипает» к поверхности и самопроизвольно сворачивается в клубок, в результате чего рецептор «прячется» на поверхности наночастицы. Гипотеза подтвердилась, когда к такой структуре добавили другую небольшую нить ДНК, комплементарную к расположенной на поверхности. После этого рецептор мгновенно активировался и связался с мишенью. За счет образования комплементарных пар между нуклеотидами две нити образовывали жесткую двойную спираль.

В своей новой работе авторы показали соединения, которые могут детектировать ДНК в концентрации вплоть до 30 фемтомоль на литр (10^-15) без амплификации ДНК. Более того, исследователи показали применимость технологии для создания «умных» наноагентов, распознающих раковые клетки в зависимости от содержания малых ДНК в их микроокружении.

Новая технология, по словам ученых, будет полезна в области геномных технологий — как с точки зрения экспресс-ДНК-диагностики вне лабораторных условий, так и для синтеза терапевтических наноматериалов нового поколения.