Les hydrogels sont des matériaux polymères avec des structures de réseau tridimensionnelles contenant de grandes quantités d'eau. Ils servent de systèmes d'administration de médicaments à libération prolongée car ils peuvent encapsuler diverses substances bioactives, notamment des médicaments, des antigènes et même des cellules. Les hydrogels sont de meilleures alternatives d'administration de médicaments que les systèmes conventionnels, car ils sont plus biocompatibles, biodégradables et facilement administrés comme un échafaudage injectable.
L'ADN a attiré une attention significative en tant que matériau hydrogel prometteur grâce à ses propriétés physicochimiques personnalisables, conduisant au développement de divers hydrogels d'ADN. Cependant, les méthodes actuelles comme les hydrogels liés à l'ADN ligase présentent de nombreux défis, y compris les réactions allergiques potentielles et les procédures d'administration complexes qui limitent les applications cliniques.
Récemment, un acide nucléique nanostructuré de type polypode, ou polypodna, a été construit en utilisant trois oligodésoxynucléotides (ODN) ou plus ou plus avec des séquences partiellement complémentaires pour relever ces défis. Ces nanostructures d'ADN efficaces sont facilement injectables et se réduisent facilement en hydrogels au site d'injection après avoir été injectée. Bien que cette approche crée des acides nucléiques auto-glyléistes qui forment des hydrogels sans ADN ligase, il nécessite plusieurs ODN, entraînant des coûts de préparation élevés, une complexité de conception et une probabilité accrue d'effets hors cible en raison du grand nombre de bases d'ADN impliquées.
Pour y remédier, une unité d'ADN en forme de takumi a été formée avec seulement deux ODN. Cependant, les études sur son optimisation en tant que transporteur de médicaments à libération prolongée ou sa capacité de rétention sont limitées.
Dans leur nouvelle étude, rendue disponible en ligne le 2 décembre 2024 et à publier le 10 janvier 2025, dans le volume 377 de la Journal of Controlled ReleaseLe professeur Makiya Nishikawa, ainsi que M. Jian Jin, le professeur adjoint Shoko Itakura, et le professeur agrégé Kosuke Kusamori, de l'Université des sciences de Tokyo de Tokyo, visaient à aborder ces aspects des nanostructures d'ADN à réglage de Takumi.
Le professeur Nishikawa a expliqué la motivation derrière l'étude, « Notre objectif était de miniaturiser et d'optimiser les nanostructures d'ADN afin que des hydrogels d'ADN stables puissent se former avec moins d'acides nucléiques. »
Chaque ODN dans la structure d'ADN en forme de takumi a été construite avec une tige palindromique de huit-18 nucléotides-longuement attachée à deux parties cohésives de chaque côté avec un espaceur de thymidine (T). Les ODN forment un auto-dimère via la séquence palindromique, et chaque ODN a été nommé selon le nombre de nucléotides dans la tige et les parties cohésives. Par exemple, 14S- (T-10C)2 fait référence à un ODN avec une longueur de tige de 14 nucléotides et une partie cohésive de 10 nucléotides situés aux deux extrémités de la tige.
Pour optimiser l'ADN en forme de takumi comme une unité d'hydrogel injectable avec une rétention soutenue, les chercheurs ont systématiquement conçu diverses longueurs ODN et étudié la corrélation entre les propriétés structurelles et les performances de l'hydrogel, avec un accent particulier sur in vivo capacités de rétention.
Leurs résultats ont montré que les propriétés d'hydrogel, telles que les températures de fusion et la stabilité, dépendent de la longueur de la tige et des parties cohésives. Les ODN avec des longueurs de tige de 12 nucléotides ou ont formé plus efficacement les unités d'hydrogel, ce qui suggère qu'une tige de 12 nucléotides est suffisante pour la formation unitaire. De même, les parties cohésives ont démontré une hybridation et des interactions efficaces à une longueur de 10 nucléotides.
Les chercheurs ont également évalué le module de stockage des hydrogels, ce qui aide à comprendre comment l'hydrogel change dans différentes conditions physiques, par différentes longueurs de parties cohésives, démontrant que les pièces cohésives riches en GC de 10 nucléotides présentent une meilleure stabilité thermique et un module de stockage par rapport à la d'autres formations.
« La longueur du 12S- (T-10C)2-Odn, qui a montré la rétention la plus élevée chez la souris, était de 34 bases, ne nécessitant que deux ODN pour se former. Au total, seulement 68 nucléotides étaient nécessaires pour la formation d'hydrogel d'ADN marquée de moins que L'hydrogel d'ADN à base d'hexapodna composé de douze ODN longs de 40 bases différentes, « Explique le professeur Nishikawa sur la façon dont leur étude a réalisé une formation efficace d'hydrogel avec un minimum d'ADN.
In vivo Expériences avec des hydrogels d'ADN intercarqués à la doxorubicine de 12S- (T-10C)2Les ODN ont montré une persistance prolongée d'au moins 168 heures après l'administration, contribuant à des effets anti-tumoraux prononcés chez la souris, en raison de la libération prolongée de la doxorubicine sur le site d'injection. De plus, les hydrogels d'ADN en forme de takumi pourraient potentiellement induire des réponses immunitaires ciblées, ce qui en fait des systèmes efficaces de livraison d'antigène. « L'hydrogel d'ADN optimisé préparé en utilisant 12S- (T-10C)2 a présenté une rétention plus soutenue que l'hydrogel d'ADN à base d'hexapodna après l'administration in vivo chez la souris. Ces résultats mettent en évidence l'applicabilité des hydrogels d'ADN comme systèmes de livraison pour les matières bioactives, « conclut le professeur Nishikawa.
Dans l'ensemble, cette étude montre comment les unités d'ADN minimales peuvent s'assembler pour former des hydrogels biocompatibles avec des temps de rétention élevés et des capacités de libération de médicaments soutenues, offrant une innovation biomédicale prometteuse pour les thérapies ciblées.
