Vaihtoehtoiset ydinrakenteet molekulaarisille pallonukleiinihapoille

Abstract

Nanolääketiede hyödyntää nanokoon rakenteiden kemiallisia sekä fysikaalisia ominaisuuksia erilaisissa sovellutuksissa. Nanorakenteiden muotoa, kokoa ja pinnan kemiaa voidaan hallita ja muokata tarkasti. Nanosysteemeihin voidaan sisällyttää komponentteja, joita voidaan hyödyntää muun muassa geenien kuljetukseen, lääkeannosteluun sekä sairauksien hoitoon. Esimerkkejä nanokoon rakenteista ovat pallonukleiinihapot (SNA:t), jotka voivat kuljettaa oligonukleotideja kohdesoluihin. Oligonukleotidien käyttöä rajoittaa niiden heikkoudet in vivo; nopea erittyminen ja huono stabiilisuus. Nämä heikkoudet voidaan välttää kehittämällä nanokoon lääkeaineen kuljetusjärjestelmiä, jotka hallitusti vapauttavat lääkeainetta aiheuttaen mahdollisimman vähän toksisuutta. Pallonukleiinihapot koostuvat sopivasta ydinrakenteesta ja sen ympärille kootusta tiheästä oligonukleotidikuoresta. Pallonukleiinihappojen ydinrakenteen valinnalla on merkitystä sen ominaisuuksiin sekä kestävyyteen. Ydinrakenteet voivat olla epäorgaanisia tai orgaanisia. On myös mahdollista, että pallonukleiinihapon ydin on ontto. SNA-rakenteet omaavat monia hyödyllisiä ominaisuuksia verrattaessa lineaarisiin oligonukleotideihin, kuten alhaisemman sytotoksisuuden, nukleaasiresistenssin, pienemmän immuunivasteen sekä tehokkaan soluunoton scavenger A-reseptorien välityksellä. Molekulaaristen pallonukleiinihappojen rakenne on tunnettu ja määritelty, jolloin sen kokoa ja oligonukleotidien lukumäärää voidaan säädellä kontrolloidusti. Aikaisemmissa tutkimuksissa on käytetty 12-haaraista C60-fullereenia ydinrakenteena. Tässä työssä tutkitaan vaihtoehtoisten biohajovien ja muokattavien ydinrakenteiden soveltuvuutta pallonukleiinihappojen valmistukseen. Ydinrakenteena käytetään helposti saatavilla olevia ydinrakenteita: 4-haaraista ja 8-haaraista polyamidoamiini (PAMAM) dendrimeeriä sekä 8-haaraista silseskvioksaania. Ydinrakenteisiin kiinnitetään atsidi-modifioitu käsivarsirakenne, jolloin oligonukleotidisekvenssi voidaan kiinnittää rengasjännityksen ajamalla alkyyni-atsidi-sykloadditioreaktiolla (SPAAC). Synteesien jälkeen lopullisena tavoitteena on selvittää ydinrakenteiden sekä oligonukleotidien vaikutusta pallonukleiinihappojen soluunottoon in vitro ja biodistribuution in vivo. Oligonukleotidisynteesit onnistuivat hyvin ja ne saatiin karakterisoitua massaspektrometrisesti. Onnistuneesti valmistettiin PAMAM G1-ydinrakenne SNA-synteesejä varten. POSS- sekä PAMAM G1 -ydinrakenteen monofunktionalisointi oligonukleotidilla onnistui, mutta ydinrakenteiden valmiita SNA-tuotteita (24 oligonukleotidijuostetta/ydinrakenne) ei saatu valmistettua. Saadut tuotteet olivat seoksia, joissa oligonukleotidiketjujen määrät vaihtelivat. Haaroitusrakenteen takia oligonukleotidikuori on tiheämpi kuin yksittäisillä oligonukleotidijuosteilla, jolloin ydinrakenteeseen jää vapaita haarakkeita oligonukelotidikuoren suojaan. Monofunktionalisoinnissa 3-haaraisen oligonukleotidin korvaaminen yhdellä oligonukleotidijuosteella mahdollistanee täysfunktionalisoidun SNA:n synteesin.