基于DNA自组装的抗肿瘤纳米药物载体研究

Drug resistance of cancer cells is one of the main obstacles that impede the efficient treatment on incurable cancers. Delivered by nano drug carriers like lipids, polymers and metal nanoparticles, anti-cancer drugs can circumvent the drug resistance mechanism and kill cancer cells with high efficiency. Current nanocarriers exhibit disadvantages of slow drug release, and high cell toxicity. Thus, it remains a challenge to develop safe, biocompatible, and effective nanocarriers for drug delivery. Here we create a variety of new DNA nanocarriers with a novel method that takes the advantage of programmability and biocompatibility of DNA nanotechnology. Plenty of DNA nanocarriers can be constructed by DNA self-assembly. A mathematic model depicting the interactions among nanocarriers, drugs and cells will be constructed based on further cell viability experiments.

细胞耐药性是指癌细胞对抗癌药物产生耐受能力，会大大降低药效，影响治疗效果。细胞耐药性是多种癌症难以治愈的重要原因之一。通过纳米药物载体的装载、运输，抗癌药物能够绕过细胞耐药机制，有效杀灭癌细胞，达到治疗目的。现有纳米药物载体通常由脂质、高聚物金属纳米颗粒或DNA折纸纳米结构构成，分别存在药效提升不明显、药物释放过慢和细胞毒性和成本过高等缺陷。开发高效、廉价、安全、生物相容性好的纳米药物载体是生物医药研究的挑战，具有重要意义。本项目首次系统地以生物相容性好，无细胞毒性的DNA分子为材料，利用基于DNA计算的DNA可控自组装技术发展出一套成本低廉的构建多种DNA纳米载体的新方法；并使用抗性细胞存活实验评估各种载体的载药性能，在细胞学实验基础上建立DNA纳米药物载体载药的数学模型，为生物医学研究和临床应用提供指导。

DNA纳米药物载体在生物医学研究领域的认可度越来越高，动物实验甚至临床实验对DNA纳米药物载体的需求越来越大，能否发展出低成本、高效率的DNA纳米药物载体制备方法成为其迈向实际应用的关键。现有方法合成费用高，无法满足动物实验和临床应用需求。.本项目主要目标是构建低成本、高载药密度的DNA纳米药物载体。围绕主要目标，发展了高复用度单链模块，优化了单链模块序列设计和组装控制条件，构建了低成本管状DNA纳米药物载体，有效地控制了DNA纳米药物载体几何尺寸均一度，构建了多种尺寸较均一的DNA纳米药物载体。提出了通过优化单链模块序列设计，以高复用度重复利用两条DNA单链模块构建DNA纳米药物载体的方法。降低了合成成本，使纳米药物载体的后续研究和临床大规模应用成为可能。提出了通过合理的边界控制策略，和控制组装条件，有效控制纳米药物载体的形态尺寸，提高纳米载体载药功能。.本项目采用高度复用组装模块的策略，仅利用两条DNA单链模块，组装出长度达到数微米的DNA纳米管，组装成本比现有方法降低100倍。进一步通过优化序列设计和控制组装条件，构建了3种不同尺寸的DNA纳米管，为DNA纳米载药研究提供了多样化的载药工具。发表了相关学术文章7篇，并申请专利1项。相关成果能够为纳米载药研究提供新方法和新思路。构建的DNA纳米药物载体可以进一步通过细胞、动物、临床实验验证、优化其载药功能，在抗肿瘤、抗凝血治疗领域具有较大的应用前景。本项目研究成果的充分转化，能够为癌症的诊断和治疗提供一条新途径，开发出新的诊断试剂和治疗药物，具有较大的经济和社会效益。