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Wissenschaftler verbessern die DNA-Technologie zur Erkennung und Behandlung von Krankheiten

Einer der Nachteile von DNA-Aptameren - synthetischen kleinen Molekülen, die vielversprechend für den Nachweis und die Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten sind - ist, dass sie sich nicht leicht an ihre Ziele binden und leicht von Enzymen im Körper verdaut werden können. Jetzt haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, DNA-Aptamere ohne diese Nachteile herzustellen.
Sobald DNA-Aptamere für ein spezifisches Ziel konstruiert wurden, binden sie sich daran und blockieren seine Aktivität.

Das Team vom Institut für Bioingenieurwissenschaften und Nanotechnologie (IBN) der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung (A * STAR) in Singapur beschreibt, wie sie die verbesserte DNA-Technologie in der Zeitschrift entwickelt und getestet haben Wissenschaftliche Berichte.

IBN Executive Director Prof. Jackie Y. Ying sagt, dass das Team "ein DNA-Aptamer mit starker Bindungsfähigkeit und Stabilität mit überlegener Wirksamkeit" geschaffen hat und:

"Wir hoffen, unsere DNA-Aptamere als Plattformtechnologie für die Diagnostik und Entwicklung neuer Medikamente zu nutzen."

Aptamere sind eine spezielle Klasse synthetischer Ribonukleinsäure (RNA) oder Desoxyribonukleinsäure (DNA) -Moleküle, die vielversprechend für den klinischen Einsatz sind.

Diese kleinen Moleküle könnten ideal für Arzneimittelanwendungen sein, da sie für hochspezifische Ziele wie Proteine, Viren, Bakterien und Zellen hergestellt werden können.

Nachteile aktueller DNA-Aptamere

Sobald Aptamere für ein spezifisches Ziel entwickelt wurden, binden sie sich daran und blockieren dessen Aktivität.

Sie sind das chemische Äquivalent von Antikörpern, mit der Ausnahme, dass sie im Gegensatz zu den derzeit bei der Arzneimittelentwicklung verwendeten Antikörpern keine unerwünschten Immunreaktionen hervorrufen und leichter in hoher Qualität in Massenproduktion hergestellt werden können.

Das erste Aptamer-basierte Medikament - ein RNA-Aptamer zur Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) - wurde 2004 in den USA zugelassen, und mehrere andere Aptamere werden derzeit in klinischen Studien untersucht.

Bisher wurde jedoch noch kein DNA-Aptamer für den klinischen Einsatz zugelassen, da die derzeit entwickelten nicht gut an molekulare Ziele binden und im Blut durch Enzyme, die als Nukleasen bezeichnet werden, leicht verdaut werden können.

In ihrer Arbeit beschreiben Hauptautor Dr. Ichiro Hirao, leitender Wissenschaftler am IBN, und Kollegen, wie sie diese beiden Probleme überwunden haben.

"Unnatürliche Base" und "Mini-Haarnadel" entfernen DNA-Aptamer-Nachteile

Um das Problem der schwachen Bindung zu überwinden, fügte das Team eine neue künstliche Komponente - "unnatürliche Base" genannt - zu einem Standard-DNA-Aptamer hinzu, das typischerweise aus vier Komponenten besteht.

Die Arbeit beschreibt, wie die Zugabe einer fünften nichtnatürlichen Basen-Komponente zum DNA-Aptamer seine Bindungsfähigkeit um das 100-fache verstärkte.

Um zu verhindern, dass das Aptamer leicht durch Enzyme verdaut wird, fügte das Team ein kleines Stück DNA hinzu, das sie "Mini-Haarnadel-DNA" nennen.

Dr. Hirao sagt, dass Mini-Haarnadel-DNAs aus kleinen DNA-Fragmenten bestehen, die eine kompakte Stem-Loop-Struktur bilden, wie eine Haarnadel, und dies macht sie stabil.

Typischerweise halten DNA-Aptamere bei Raumtemperatur nicht länger als eine Stunde im Blut, da sie durch Nukleasen abgebaut werden. Aber das Team fand heraus, dass die DNA-Aptamere durch die Zugabe der Mini-Haarnadel-DNA tagelang überleben können - was sie für die Medikamentenentwicklung attraktiver macht.

In ihrer Arbeit beschreiben die Wissenschaftler, wie ihre Modifikationen ein DNA-Aptamer verbesserten, das auf ein Zell-Signalprotein namens Interferon-Gamma zielt.

Labortests zeigten, dass das verbesserte Aptamer nach 3 Tagen bei 37 ° C im menschlichen Blut überlebte und "nachhaltig die biologische Aktivität" von Interferon-gamma hemmte, bemerken die Autoren.

Dr. Hirao sagt, dass ihre Modifikationen zeigen, dass es möglich ist, DNA-Aptamere zu erzeugen, die vielversprechend für den klinischen Einsatz sind: Sie sind potentiell effektiver in ihrer Wirkung, billiger herzustellen und haben weniger nachteilige Nebenwirkungen als herkömmliche Methoden. Er schließt:

"Der nächste Schritt unserer Forschung besteht darin, die Aptamere zu verwenden, um Zielmoleküle und Zellen, die Infektionskrankheiten verursachen, wie Dengue-, Malaria- und Methicillin-resistent, zu erkennen und zu deaktivieren Staphylococcus aureus (MRSA), sowie Krebs. "

Im Dezember 2015 Medizinische Nachrichten heute Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...1/index.html Wie Forscher von der Universität von Texas in Arlington einen Weg entwickeln, Krebszellen mithilfe von mit RNA - Aptameren beschichteten Chips zu entdecken. Das Team hofft, dass es zu einem Tabletop-Tool führt, das Ärzten billigere und schnellere Tests zur Krankheitsvorhersage bietet.

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