Neuartiger Ansatz nutzt ionische Flüssigkeiten für vielfältige Aptameranwendungen

Aptamere, Nukleinsäuren, die selektiv an Viren, Proteine, Ionen, kleine Moleküle und verschiedene andere Ziele binden können, erregen aufgrund ihrer thermischen und chemischen Stabilität sowie ihrer Fähigkeit, bestimmte Enzyme oder Ziele zu hemmen, als potenzielle Antikörperersatzstoffe Aufmerksamkeit bei der Arzneimittelentwicklung Proteine ​​durch dreidimensionale Bindung.

Sie versprechen auch eine schnelle Diagnose von Darmkrebs und anderen schwierigen Krankheiten, indem sie auf schwer fassbare Biomarker abzielen. Trotz ihrer Nützlichkeit können diese Aptamere leicht durch mehrere Enzyme abgebaut werden, was eine erhebliche Herausforderung darstellt.

Professor Seung Soo Oh und sein Team vom Department of Materials Science and Engineering der Pohang University of Science and Technology (POSTECH), darunter Dr. Byunghwa Kang und Dr. Soyeon V Park, haben einen bahnbrechenden Ansatz vorgestellt, bei dem ionische Flüssigkeiten zum Einsatz kommen Herausforderungen in der funktionellen Nukleinsäureforschung und ebnen den Weg für vielfältige angewandte Forschung. Ihre Erkenntnisse waren veröffentlicht In Nukleinsäureforschung.

Funktionelle Nukleinsäuren werden als solche bezeichnet, da sie nicht nur vielseitig genetische Informationen in lebenden Organismen speichern und übertragen, sondern auch vielfältige Funktionen erfüllen, wie z. B. die Erkennung von Zielmolekülen oder die Katalyse biochemischer Reaktionen ähnlich wie Aptamere.

Bei Forschungsanwendungen stoßen diese Nukleinsäuren jedoch auf Hindernisse, da sie anfällig für den Abbau durch Hydrolasen sind. Herkömmliche Konservierungsmethoden wie die kryogene Lagerung bei extrem niedrigen Temperaturen oder die chemische Modifikation von Nukleinsäuren können eine Vielzahl von Enzymen nicht hemmen, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung der nützlichen Funktionen der Nukleinsäuren führt.

Das Team wandte sich von der herkömmlichen Überzeugung ab, dass „Wasser lebenswichtig ist“. Obwohl Nukleinsäuren in Wasser unterschiedliche Rollen spielen und mehrere Funktionen ausüben, bleiben Enzyme, die sie abbauen, in diesem Medium aktiv. Daher fungiert Wasser sowohl als „Heimat“ als auch als „Friedhof“ für Nukleinsäuren.

Das Forschungsteam markierte einen wichtigen Meilenstein, indem es weltweit die Fähigkeit von Nukleinsäuren validierte, mehrere Funktionen in einer ionischen Flüssigkeit auf Cholin-Dihydrogenphosphat-Basis beizubehalten. Diese ionische Flüssigkeit, die auch in unserem Körper vorkommt, weist eine außergewöhnliche Biokompatibilität auf. Das Cholin-Kation in der Flüssigkeit schirmt effektiv die negative Ladung der Nukleinsäuren ab, verhindert so deren Kontakt mit Wasser und behindert dadurch grundsätzlich die Hydrolyse.

In Experimenten schuf diese Flüssigkeit eine Umgebung, in der Nukleinsäuren unabhängig vom Enzymtyp dem Abbau widerstanden und ihre Halbwertszeit um das bis zu 6,5 Millionenfache verlängerte. Die Nukleinsäuren blieben selbst in extremen Umgebungen mit einem Mix aus sieben verschiedenen Hydrolasen vollständig intakt und funktionsfähig.

Darüber hinaus nutzte das Team diese Innovation, um erstmals eine Aptamer-basierte biomolekulare Diagnostik in biologischen Lösungen zu ermöglichen. Bisher war der Einsatz funktioneller Nukleinsäuren zum Nachweis von Biomarkern aufgrund des Speichels, der zahlreiche Nukleinsäurehydrolasen enthielt, nicht möglich. Das Team schirmte die Aptamere jedoch mit einer ionischen Flüssigkeit ab, die der Speichelprobe zugesetzt wurde, um eine einfache molekulare Diagnostik zu ermöglichen.

Professor Seung Soo Oh sagte: „Durch den Nachweis, dass Nukleinsäuren ihre Funktionalität auch in unerforschten oder kontaminierten Proben und Körperflüssigkeiten aufrechterhalten können, haben wir ihr grenzenloses Anwendungspotenzial unter Beweis gestellt.“

Dr. Byunghwa Kang kam zu dem Schluss: „Diese Forschung wird die Anwendung von Nukleinsäuren und anderen hydrolyseempfindlichen Molekülen erheblich verbessern.“