基于铁掺杂红色碳点和滚环扩增技术构建的靶向药物递送DNA纳米组装体

doi:10.7503/cjcu20260027

摘要/Abstract

摘要：

以滚环扩增（RCA）产生的长单链脱氧核糖核酸（DNA）为支架，开发了一种基于RCA的组装技术. 将该支架与具有不同功能的短链组装成多价适配体，再与铁掺杂的红色碳点（Fe-CDs）结合，构建了多价适配体核酸组装体-Fe-CDs-阿霉素（AFD）纳米平台，用于精准的联合癌症治疗. 在AFD纳米平台中， MUC1适配体能够发挥高效的靶向能力，在精准作用于癌细胞的同时减少对正常细胞的伤害. Fe-CDs具有类过氧化物酶活性，可将过氧化氢催化分解为羟基自由基，从而实现化学动力学治疗. 此外， AFD通过其中丰富的CG碱基对能够高效负载阿霉素（DOX）. 当多价适配体凭借高效的靶向性进入癌细胞后，会释放负载的Fe-CDs和DOX，实现对癌细胞的有效杀灭.

关键词: 滚环扩增, 碳点, 多价适配体, 药物递送, 癌症治疗

Abstract:

A rolling circle amplification（RCA）-based assembly technique was proposed， which utilized the long single-stranded DNA produced by RCA as a scaffold. This scaffold was assembled with functional short strands into multivalent aptamers and subsequently combined with iron-doped red carbon dots（Fe-CDs） to construct a multivalent aptamer-based nanoplatform， termed assembly-Fe-CDs-doxorubicin（AFD）， for precision combination cancer therapy. In the AFD nanoplatform， the MUC1 aptamer exerted efficient targeting capabilities， precisely acting on cancer cells while minimizing collateral damage to normal cells. The Fe-CDs possessed peroxidase-like activity， which catalyzed the decomposition of hydrogen peroxide（H₂O₂） into hydroxyl radicals（·OH）， thereby achieving chemodynamic therapy（CDT）. Furthermore， the abundant CG base pairs within the AFD structure enabled the high-efficiency loading of doxorubicin （DOX）. Upon entering cancer cells via highly efficient targeting， the multivalent aptamers released the encapsulated Fe-CDs and DOX， facilitating the effective eradication of cancer cells. In summary， this multivalent aptamer nanoplatform based on DNA and Fe-CDs provided a promising and highly selective approach for enhancing the efficacy of cancer treatment.

Key words: Rolling circle amplification, Carbon dot, Polyvalent aptamer, Drug delivery, Cancer therapy

中图分类号:

O648

TrendMD:

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图/表 9

Table 1 DNA sequences employed in this work*

DNA	Sequence（5'→3'）
Circular template	TGTCTTCGCCTTCTTGTTTCCTTTCCTTGAAACTTCTTCCTTTCTTTCTTTCGACTAAGCACC
Circular primer	GGCGAAGACAGGTGCTTAGTC
63base	GGTGCTTAGTCGAAAGAAAGAAAGGAAGAAGTTTCAAGGAAAGGAAACAAGAAGGCGAAGACA
A1	PO₄⁃TCTTTCTTTCGACTAAGCACC
A2	TTGCAGTTGATCCTTTGGATACCCTGGTTTTTTTCCTTGAAACTTCTTCCTT
A3	TGTCTTCGCCTTCTTGTTTCC

Fig.1 TEM images(A, B) and particle size distributions(C, D) of R⁃CDs(A, C) and Fe⁃CDs(B, D)

Fig.2 Fluorescence emission spectra of R⁃CDs(A) and Fe⁃CDs(B) under different excitation wavelength

Fig.3 UV⁃Vis absorption and fluorescence excitation spectra(A) and FTIR spectra(B) of R⁃CDs and Fe⁃CDs

Fig.4 Characterization and drug delivery profiles of RCA⁃based DNA/Fe⁃CDs assemblies(A) Preparation of circular template; (B) preparation of RCA product; (C) verification of the step⁃by⁃step assembly of the assembly; (D) assembly optimization at varying short⁃chain DNA/RCA product molar ratios; (E) Zeta potential of Fe⁃CDs and Fe⁃CDs@A1; (F) the result of agarose gel electrophoresis of AF(left) and the agarose gel under white light(right); (G) TEM image of AF; (H) UV⁃Vis spectra of different materials. The specific fragment sizes of the DNA markers from bottom to top are 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400, and 500 bp in (A) and (C). The DNA marker in (B), (D), and (F) ranges from 100 to 10000 bp, with prominent reference bands at 500, 1000, and 3000 bp.

Fig.5 Standard fluorescence curves of different DOX concentrations(A), changes of fluorescence intensity after DOX being loaded into assemblies of different concentrations(B) and AFD under the action of DNase I(C)

Fig.6 Fluorescence microscopy images of L929(A) and MCF⁃7(C) cells after being incubated with Fe⁃CDs, MF, and AF for 30 min and the corresponding flow cytometry plots to analyze the fluorescence intensity of Fe⁃CDs inside L929(B) and MCF⁃7(D) cellsScale bar： 20 μm.

Fig.7 Intracellular ROS generation after 30 min incubation with different materialsFluorescence images and ImageJ quantitative analyses of (A, B) MCF⁃7 cells and (C, D) L929 cells.Scale bar: 40 μm.

Fig.8 In vitro evaluation of the biocompatibility, cytotoxicity, and anti⁃tumor efficacy of the nanoplatform(A) Cell viability of L929 and MCF⁃7 cells after 24 h incubation with different concentrations of DOX; (B) cytotoxicity of different materials(DOX: 30 nmol/L, Fe⁃CDs: 50 μg/mL, AF: 1.5 nmol/L, AFD: 1.5 nmol/L) on L929 and MCF⁃7 cells; (C) cell survival rate based on the proportion of red and green areas in the live⁃dead staining results; (D) healing rate of MCF⁃7 cells after treatment with different materials; (E) wound closure assay of MCF⁃7 cells after treatment with different materials; (F) fluorescence images of live/dead staining of MCF⁃7 cells after treatment with different materials.(E, F) Scale bar： 200 μm.

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