Ученые из Химического института имени А. М. Бутлерова придумали, как сохранять молекулы ДНК. Они заключили нуклеиновую кислоту в оболочку из древовидного полимера, которая защитила ДНК от разрушения в воде даже при комнатной температуре и оказалась безопасной для клеток. Процесс ее синтеза прост и дешев, а предложенная методика позволяет получать оболочки с различными свойствами. Разработка поможет в создании сенсорных устройств и препаратов для профилактики и лечения различных вирусных заболеваний.
Молекулы ДНК активно используются в современной медицине: на их основе создают новые эффективные вакцины и сенсоры биологически активных веществ, их применяют для создания полезных штаммов микроорганизмов и в различных исследованиях. Широкое применение потребовало создания систем хранения ДНК в лаборатории.
Самый простой и распространенный способ — заморозка, однако он может повредить ДНК или повлиять на ее структуру в процессе хранения и разморозки. Альтернативой является химическая инкапсуляция, то есть помещение ДНК в полимерную оболочку.
В качестве синтетических невирусных систем доставки и хранения ДНК активно изучаются дендримеры — древообразные полимеры. Такие конструкции могут выглядеть по-разному, но наиболее интересны структуры, в которых молекула нуклеиновой кислоты окружена дендримерами, напоминающими внешне стволы деревьев с раскидистыми ветвями.
Вместе с молекулой ДНК они образовывают так называемые дендриплексы, которые также используются для доставки лекарственных веществ. В таких комплексах молекула ДНК обычно оказывается в более компактной форме, чем в свободном состоянии.
Ученые из Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета взяли за основу один из классических видов таких «древовидных» композитов — полиамидоаминный. Сам по себе он довольно сложен в получении, к тому же токсичен для живых клеток.
Специалисты предложили методику, позволяющую получать новый тип дендримеров с высокими выходами 97-98% всего в два этапа при комнатной температуре, быстро и просто. В качестве «ствола» дендримера авторы использовали безопасные для клеток тиакаликсарены. Благодаря новому типу ядра удалось добиться различного расположения ветвей в дендримере, что привело к получению структур с ранее недоступными свойствами. В частности, наличие гидрофильных ветвей ПАМАМ и гидрофобного тиакаликсарена в молекуле дендримера привело к сочетанию этих свойств в продукте, благодаря чему оболочка из него надежно защитила ДНК от раствора вокруг. В своем классическом виде композиты таким свойством не обладали.
Авторы опробовали свою разработку на ДНК из молок лосося. Новые дендримеры эффективно связывались с молекулами нуклеиновой кислоты и защищали ее от разрушения в воде даже при комнатной температуре.
«Таким образом, "замена" ядра позволила нивелировать недостатки известных ПАМАМ-дендримеров и придать им ранее недоступные свойства. Новые соединения требуют значительно меньше трудовых и экономических затрат, а внедрение такого метода инкапсуляции позволит разрабатывать более эффективные системы доставки, стабилизации и хранения ДНК. В дальнейшем мы планируем применить полученные дендримеры в ДНК-сенсорах. Наша разработка может быть востребована и при создании вакцин для профилактики опасных заболеваний человека, в частности COVID-19», —мдобавил руководитель проекта по гранту РНФ, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической и медицинской химии Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета Иван Стойков.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.