Современная медицина сталкивается с серьёзной проблемой эффективной доставки лекарственных препаратов через клеточные мембраны. Большинство терапевтических макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты и белки, не могут самостоятельно проникать внутрь клеток и часто оказываются захваченными эндоцитарными путями, что приводит к их разрушению в эндосомах и лизосомах. Существующие системы доставки, например, липосомы или липидные наночастицы, имеют ограниченную эффективность выхода из эндосом, кроме того, могут быть цитотоксичными. Поэтому разработка новых методов, обеспечивающих прямую и контролируемую доставку биомолекул в цитозоль, является актуальной задачей для генной терапии и других биомедицинских применений.

Группа китайских исследователей предложила подход, основанный на применении трансмембранных ДНК-нанотрубок на основе ДНК-оригами. Эти нанотрубки представляют собой полые многослойные структуры с внутренним диаметром около 20 нм и длиной около 63 нм, оснащённые по краям гидрофобными холестериновыми якорями на концах для встраивания в плазматическую мембрану. Важной особенностью конструкции является наличие "крышки" в виде золотой наночастицы, модифицированной аптамерами к АТФ. "Крышка" закрывает канал нанотрубки и снимается только при наличии АТФ, характерного для внутриклеточной среды.

Нанотрубки были объединены с липидными везикулами диаметром 100 и 200 нм, которые могут быть использованы в качестве вместительных резервуаров для хранения водорастворимых биопрепаратов. Получилось что-то вроде "наноклизмы" 😄. Такая система обеспечивает прямой путь доставки макромолекул, минуя эндоцитарные пути и связанные с ними ограничения. Экспериментально показано, что нанотрубки эффективно проникают в мембрану клеток и обеспечивают транспорт различных молекул, включая малые интерферирующие РНК, мРНК, плазмидную ДНК и даже комплексы CRISPR-Cas9.

В сравнении с традиционными липосомальными системами трансфекции нанотрубки демонстрируют более быстрое и эффективное проникновение в клетки, а также лучший выход из эндосом. Будущее развитие этого подхода состоит в создании программируемых систем управления открытием канала, использовании аптамеров с высокой аффинностью к специфическим биомаркерам для адресной доставки, а также оптимизации геометрии нанотрубок, липидных якорей и методов внедрения в мембрану.

Предложенный метод трансмембранной доставки с помощью ДНК-нанотрубок открывает новые возможности для эффективной, контролируемой и универсальной доставки биомолекул в клетки, что существенно продвигает развитие генной терапии и других биомедицинских технологий.