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L'ADN se plie dans une nanocapsule intelligente pour l'administration de médicaments

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Des chercheurs de l'Université de Jyväskylä et de l'Université d'Aalto en Finlande ont mis au point une nanostructure d'ADN personnalisée qui peut effectuer une tâche prédéfinie dans des conditions semblables à celles du corps humain. Pour ce faire, l'équipe a construit un support en forme de capsule qui s'ouvre et se ferme en fonction du pH de la solution environnante. La nanocapsule peut être chargée - ou emballée - avec une variété de cargaisons, fermée pour la livraison et ouverte à nouveau par une augmentation subtile du pH.

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La fonction de la nanocapsule d'ADN est basée sur des résidus d'ADN sensibles au pH.

Pour ce faire, l'équipe a conçu une structure d'origami d'ADN en forme de capsule fonctionnalisée avec des brins d'ADN sensibles au pH. Ces nanodesigns d'ADN dynamiques sont souvent contrôlés par la simple liaison hydrogène de deux séquences d'ADN complémentaires. Ici, une moitié de la capsule était équipée de domaines spécifiques d'ADN double brin qui pouvaient former une triple hélice d'ADN, c'est-à-dire une structure hélicoïdale composée de trois molécules d'ADN, et non pas seulement de deux, en se fixant à un ADN simple brin approprié dans l'autre moitié.

"La formation du triplex ne peut se produire que lorsque le pH environnant de la solution est correct. Nous appelons ces brins sensibles au pH des " loquets pH ", car lorsque les brins interagissent, ils fonctionnent de la même façon que leurs homologues macroscopiques et verrouillent la capsule dans un état fermé. Nous avons inclus de multiples motifs dans notre conception de capsule pour faciliter l'ouverture/fermeture de la capsule en fonction du comportement coopératif des verrous. L'ouverture de la capsule est en fait très rapide et ne nécessite qu'une légère augmentation du pH de la solution ", explique le premier auteur de l'étude, Heini Ijäs, doctorante au Nanoscience Center de l'Université de Jyvaskyla.

Les nanoparticules et les enzymes pourraient être chargées et encapsulées dans les capsules

Afin d'exploiter les nanocapsules pour le transport de charges utiles moléculaires ou de substances thérapeutiques, l'équipe a conçu la capsule avec une cavité qui pourrait contenir différents matériaux. Ils ont démontré que les nanoparticules d'or et les enzymes pouvaient être chargées (pH élevé) et encapsulées dans les capsules (pH faible) et affichées de nouveau (pH élevé). En surveillant l'activité enzymatique, les chercheurs ont constaté que la cargaison est demeurée pleinement fonctionnelle tout au long du processus.

"La chose la plus intrigante à propos des capsules d'origami ADN est que le pH seuil auquel l'ouverture et la fermeture ont lieu est entièrement réglable en sélectionnant les séquences de base des loquets à pH. Nous avons conçu le seuil de pH entre 7,2 et 7,3, proche du pH du sang. À l'avenir, ce type de vecteur médicamenteux pourrait être optimisé pour s'ouvrir sélectivement à l'intérieur de cellules cancéreuses spécifiques, qui peuvent maintenir un pH plus élevé que les cellules saines normales ", explique Veikko Linko, professeur auxiliaire à l'Université Aalto.

De plus, les capsules sont demeurées fonctionnelles aux concentrations physiologiques de magnésium et de sodium et dans 10 % du plasma sanguin, et pourraient continuer de l'être à des concentrations plasmatiques encore plus élevées. Ensemble, ces résultats contribuent à ouvrir la voie à la mise au point de véhicules de distribution de médicaments intelligents et entièrement programmables pour la nanomédecine.