Biomineralization of DNA Nanoframeworks for Intracellular Delivery, On-Demand Diagnosis, and Synergistic Cancer Treatments

化学 DNA 核酸 生物矿化 核酸酶 纳米材料 细胞内 纳米技术 排尿 生物物理学 组合化学 DNA损伤 生物化学 化学工程 材料科学 工程类 生物
作者
Xiaoni Wang,Xiaotong Shen,Jingjing Li,Xiyang Ge,Jin Ouyang,Na Na
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (48): 16803-16812 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c03726
摘要

DNA nanoframeworks, with great biological information and controlled framework structures, exhibit great potentials in biological applications. Their applications are normally limited by unstable structures susceptible to hydrolysis, depurination, depyrimidination, oxidation, alkylation, or nuclease degradations. Herein, to ensure the mechanical and chemical stabilities of DNA nanoframeworks for intracellular applications, biomineralization of multifunctional DNA nanoframeworks with a tetrahedral skeleton is employed. Via silicification, the S-S bond is simultaneously introduced to obtain the silica-armored DNA nanoframeworks (Si-DNA nanoframeworks), mechanically and chemically stabilized for efficient intracellular deliveries. This successfully prevents degradations and leakages of reagents loaded on Si-DNA nanoframeworks, including biomolecular siRNA and small DOX drugs. Furthermore, the nucleic acid strands of the nanoframeworks are labeled with FAM and the quencher, facilitating miRNA detection upon "turn-on" signals from hybridizations. Therefore, the nanoframeworks collapse via double responses of the silica coating (silica acidic dissolution and S-S reduction by GSH) in cancer cells, realizing on-demand reagent release for miRNA detection and synergistic treatments (by siRNA and DOX). Demonstrated by both in vivo and in vitro experiments, the biomineralization has stabilized DNA nanomaterials for biological applications.
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