科技前沿透析環(huán)路中產(chǎn)生的凝血反應(yīng)是急慢性腎損傷患者進(jìn)行血液透析時(shí)出現(xiàn)的一種問(wèn)題。肝素與低分子量肝素常用于臨床血液透析過(guò)程中，但具有不良反應(yīng)；而其解毒劑魚(yú)精蛋白具有一定的毒性。開(kāi)發(fā)出高效、可控、安全的抗凝劑用于透析，是臨床實(shí)踐的重大需求。與直接清除循環(huán)系統(tǒng)中的抗凝藥物相比，利用解毒劑對(duì)其活性進(jìn)行控制是一種更安全的調(diào)控方法。利用指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化(SELEX)技術(shù)篩選得到的核酸適配體既能夠有效抑制凝血酶活性，又可利用互補(bǔ)序列與適配體雜交形成雙鏈，通過(guò)破壞適配體與凝血酶結(jié)合域?qū)崿F(xiàn)快速解毒，從而減少或避免出血風(fēng)險(xiǎn)。然而，核酸適配體在實(shí)際使用中仍受限制，如核酸序列在體液內(nèi)穩(wěn)定性較差、易被降解、易被代謝清除，這限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。為了提升核酸適配體在活體內(nèi)的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)，已有報(bào)道利用納米顆粒結(jié)合核酸適配體實(shí)現(xiàn)其“納米化”，則可以在不影響其活性的基礎(chǔ)上提高穩(wěn)定性，該策略已被用于靶標(biāo)配體的篩選或檢測(cè)探針研究，但目前，這種功能化納米結(jié)構(gòu)用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐的報(bào)道還較少。 　　在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)展現(xiàn)出較大潛能，其中，DNA折紙技術(shù)(DNA origami)作為一種獨(dú)特的DNA自組裝策略，獲得廣泛關(guān)注。DNA納米材料具有結(jié)構(gòu)可控、易于化學(xué)修飾、生物可降解等特點(diǎn)，在藥物靶向運(yùn)輸、可控釋放、多種藥物協(xié)同運(yùn)輸治療、智能藥物體系構(gòu)建等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員丁寶全課題組在該方向上已取得一系列進(jìn)展(Nature Biotechnol., 2018, 3, 258; Nature Mater., 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009842)。在已有研究基礎(chǔ)上，該課題組設(shè)計(jì)制備出一種DNA折紙納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)引導(dǎo)控制抗凝核酸適配體的排布，構(gòu)建獲得一種穩(wěn)定、高效、安全、可快速解毒的納米抗凝劑。相關(guān)研究成果以A DNA origami-based aptamer nanoarray for potent and reversible anticoagulation in hemodialysis為題，發(fā)表在Nature Communications上。
 　　研究人員利用DNA折紙技術(shù)獲得長(zhǎng)方形納米結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)表面所有位點(diǎn)和序列均經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)。通過(guò)位點(diǎn)控制，能夠?qū)⒛负怂徇m配體雜交組裝到納米結(jié)構(gòu)表面形成陣列，適配體的種類、位點(diǎn)分布和密度均可調(diào)整。這種納米抗凝劑能夠有效識(shí)別結(jié)合凝血酶，穩(wěn)定抑制凝血酶的活性而產(chǎn)生抗凝血的效果。同時(shí)，可通過(guò)適配體互補(bǔ)鏈的加入，抑制適配體與凝血酶的結(jié)合，快速解毒而恢復(fù)凝血酶功能。由于是納米級(jí)抗凝劑，其尺寸和分子量相較于核酸適配體本身均有明顯增加，在活體具有更長(zhǎng)的存留時(shí)間。研究表明，在凝血酶/纖維蛋白原混合溶液、小鼠血漿、人血漿/全血、小鼠活體中，這種DNA納米抗凝劑均顯示出其良好的抗凝性能與快速解毒的效果。研究人員與積水潭醫(yī)院的專家合作，將DNA納米抗凝劑用于體外透析環(huán)路模型中，納米抗凝劑也展現(xiàn)出良好的抗凝特性，有效抑制了環(huán)路中血凝塊的形成。這種由生物大分子構(gòu)成、具有良好生物相容性的DNA納米結(jié)構(gòu)，為構(gòu)建安全、可程序化設(shè)計(jì)的納米抗凝劑提供了新策略。
 　　國(guó)家納米中心博士研究生趙帥、碩士研究生田潤(rùn)和北京積水潭醫(yī)院檢驗(yàn)科主任吳俊為論文的共同第一作者，國(guó)家納米中心研究員蔣喬和丁寶全為論文的共同通訊作者。研究工作得到北京市科技計(jì)劃(前沿新材料研究)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)等的支持。
 基于DNA折紙結(jié)構(gòu)的納米抗凝劑的構(gòu)建