Photoactivated DNA Nanodrugs Damage Mitochondria to Improve Gene Therapy for Reversing Chemoresistance

下调和上调 线粒体 DNA损伤 多重耐药 癌症研究 遗传增强 脱氧核酶 化学 细胞色素c 分子生物学 生物 DNA 基因 细胞生物学 抗药性 生物化学 微生物学
作者
Danyu Wang,Yi Hua,Shizhen Geng,Chuanmei Jiang,Jingwen Liu,Jie Duan,Zhenzhong Zhang,Jinjin Shi,Haiwei Song,Zhenzhen Guo,Kaixiang Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (17): 16923-16934 被引量:59
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c04002
摘要

Multidrug resistance (MDR) is a major cause of chemotherapy failure in oncology, and gene therapy is an excellent measure to reverse MDR. However, conventional gene therapy only modulates the expression of MDR-associated proteins but hardly affects their existing function, thus limiting the efficiency of tumor treatment. Herein, we designed a photoactivated DNA nanodrug (MCD@TMPyP4@DOX) to improve tumor chemosensitivity through the downregulation of MDR-related genes and mitochondria-targeted photodynamic therapy (PDT). The self-assembled DNA nanodrug encodes the mucin 1 (MUC1) aptamer and the cytochrome C (CytC) aptamer to facilitate its selective targeting to the mitochondria in tumor cells; the encoded P-gp DNAzyme can specifically cleave the substrate and silence MDR1 mRNA with the help of Mg2+ cofactors. Under near-infrared (NIR) light irradiation, PDT generates reactive oxygen species (ROS) that precisely damage the mitochondria of tumor cells and break single-stranded DNA (ssDNA) to activate MCD@TMPyP4@DOX self-disassembly for release of DOX and DNAzyme. We have demonstrated that this multifunctional DNA nanodrug has high drug delivery capacity and biosafety. It enables downregulation of P-gp expression while reducing the ATP on which P-gp pumps out drugs, improving the latency of gene therapy and synergistically reducing DOX efflux to sensitize tumor chemotherapy. We envision that this gene-modulating DNA nanodrug based on damaging mitochondria is expected to provide an important perspective for sensitizing tumor chemotherapy.
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