나노기술 및 정책 정보

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DNA 나노기술은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하여 점점 더 복잡해지는 나노구조의 건설을 가능하게함. DNA 종이접기와 같은 DNA 나노구조는 나노캐리어 기반 약물 전달 응용 분야의 훌륭한 기반 역할을하며 의학 치료에 사용되는 예가 이미 입증되었음.

생리적 조건에서 이러한 DNA 나노구조의 안정성은 향상될 수 있지만, 우리의 혈액과 조직의 모든 곳에서 발견되는 엔도뉴클레아제에 의한 소화에 대해서는 거의 알려지지 않았음. 엔도뉴클레아제는 우리 몸의 외부 DNA를 파괴하는 역할을 함.

Aalto University (핀란드), University of Jyväskylä (핀란드), Ludwig-Maximilian-Universität München (독일) 및 Universität Paderborn (독일)의 연구팀이 엔도뉴클레아제 기반을 연구하는 방법을 찾았음. 약물이 적재된 DNA 나노구조를 실시간으로 소화함.

연구진의 이전 실험은 고속 원자력 현미경을 사용하여 DNA 종이접기의 디자인이 엔도뉴클레아제가 풍부한 환경에서 얼마나 빨리 분해되는지에 영향을 미친다는 것을 보여줌. 단일 구조 수준에서 소화 과정을 따를 수 있었지만, 이 접근법은 현미경 기판에 증착된 2차원 DNA 종이접기 모양으로 제한되었음.

이제 연구진은 DNA 구조에서 DNA 분해와 후속 항암제 독소루비신 (Dox) 방출을 모니터링함. 약물은 DNA 염기쌍 사이에 결합함.

약물이 뉴클레아제에 의해 DNA 단편화시, 그리고 중요한 것은 용액 단계에서 방출될 때 소화 및 약물 방출 프로파일을 모두 관찰함. 이 방법을 통해 우리는 모든 나노구조가 액체에서 자유롭게 떠있을 때의 집단적 거동을 실제로 볼 수 있게 됨.

소화는 기질과 용액에서 다르게 일어나는 것 같고, 이 두 가지 유형의 정보를 결합하면 나노구조가 혈류의 뉴클레아제에 의해 어떻게 소화되는지 더 잘 이해할 수 있음. 연구진은 약물 방출 프로파일이 소화 프로파일과 밀접하게 연관되어 있음을 보여주었고, DNA 나노구조의 모양이나 기하학적 구조를 변경하는 것만으로도 광범위한 약물 투여량을 달성할 수 있었음.

연구진이 DNA 구조에 대한 Dox의 결합을 자세히 조사한 결과, 이전 연구의 대부분이 DNA 종이접기의 Dox 로딩 용량을 크게 과대평가했다는 사실을 발견함.

Dox가 장착된 DNA 나노구조의 항암 효과는 많은 논문에서 보고되었지만 이러한 효과는 주로 약물이 탑재된 DNA 모티프가 아닌 자유 또는 응집된 Dox 분자에 의해 발생했을 수 있음. 연구진은 이러한 유형의 정보가 안전하고 보다 효과적인 약물 전달 시스템을 개발하는 데 중요하다고 믿으며 실제 DNA 기반 생물 의학 응용 분야에 한 걸음 더 가까워졌다고 설명함.

본 연구 성과는 Nucleic Acids Research ("Unraveling the interaction between doxorubicin and DNA origami nanostructures for customizable chemotherapeutic drug release")에 게재됨.