DNA納米結(jié)構(gòu)在藥物載體與控制釋放中的應用

張家笑， 寇 波， 懷 旭， 杭祖圣

(1.南京工程學院 材料工程學院，江蘇 南京 211167； 2.華東理工大學 材料科學與工程學院，上海 200237； 3.江蘇省先進結(jié)構(gòu)材料與應用技術(shù)重點實驗室，江蘇 南京 211167)

DNA納米結(jié)構(gòu)在藥物載體與控制釋放中的應用

張家笑1,2， 寇 波1,3， 懷 旭1， 杭祖圣1,3

(1.南京工程學院 材料工程學院，江蘇 南京 211167； 2.華東理工大學 材料科學與工程學院，上海 200237； 3.江蘇省先進結(jié)構(gòu)材料與應用技術(shù)重點實驗室，江蘇 南京 211167)

本文首先介紹了G四鏈體、雙鏈結(jié)構(gòu)、納米管、折紙和立體籠狀結(jié)構(gòu)等DNA納米結(jié)構(gòu)用于藥物載體時的載藥特點；隨后根據(jù)不同的刺激方式，從生物分子、pH、光和其他響應四個方面介紹了DNA納米結(jié)構(gòu)控制藥物釋放的途徑及其利弊；進而對后續(xù)的研究提出了兩點發(fā)展建議。

DNA納米結(jié)構(gòu)； 自組裝； 納米載體； 控制釋放

1 引 言

自Seeman教授首次公開闡明DNA可以用來構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)以來，DNA納米技術(shù)引起了研究者們廣泛的關(guān)注，并獲得了長足的發(fā)展。以DNA為基礎的納米結(jié)構(gòu)在溶液中依靠堿基配對原則可以高效、精確地完成自組裝[1]，而納米級的尺寸能夠有效提高DNA納米結(jié)構(gòu)的藥物利用率[2]。同時，由于自身固有的生物相容性和生物可降解性，DNA納米結(jié)構(gòu)往往長期積聚少、產(chǎn)生免疫反應小、生物毒性低。除了單獨作為生物材料外，DNA納米結(jié)構(gòu)還可以方便地與其他生物友好型體系相配合。因此DNA納米結(jié)構(gòu)在藥物傳輸與控制釋放系統(tǒng)中具有良好的應用前景。

2 DNA納米載體

DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體在藥物傳輸中具有非常獨特的性能：能夠同時承載多種藥物分子，尤其像抗原、小片段干擾核糖核酸(siRNA)和適體等都無需化學修飾，特別是適體的修飾能夠增加細胞攝取的選擇性；對于形狀、尺寸可以實現(xiàn)納米尺度的控制以用于特定的藥物傳輸；還具有生物相容性好、免疫原性低、毒性小等特點。從結(jié)構(gòu)上可以將DNA納米藥物載體分為簡單的G四鏈體結(jié)構(gòu)、雙鏈結(jié)構(gòu)，以及復雜的一維納米管結(jié)構(gòu)、折紙結(jié)構(gòu)和立體籠狀結(jié)構(gòu)等類型。

在早期的DNA納米載體研究中，Tan等[3]以DNA的G四鏈體作為載體，在體外實驗取得不錯的效果。但是，G四鏈體所能承載的藥物有限，通常都是那些因為藥物本身的化學性質(zhì)使得它們不經(jīng)修飾就能插入G四鏈體中。隨著G四鏈體在人體癌細胞中被發(fā)現(xiàn)，這些藥物在人體癌細胞中的釋放問題便成為不可解決的問題。此后，鮮有人再拿G四鏈體單獨作為載體。

近幾年，有人利用互補DNA鏈中相鄰堿基對之間的凹槽來儲存藥物，因為單純的互補DNA鏈的合成成本較低，而且這種載體體系設計很簡單。例如，Tan等[4]構(gòu)建的接有適體的DNA納米“火車”，適體當作火車頭，牽引著后面用交替的DNA短鏈儲存藥物的車廂。Um等[5]用莖-環(huán)狀的RNA結(jié)構(gòu)作為適體、DNA雙鏈儲存抗癌藥物阿霉素(Dox)的體系，對前列腺癌具有非常好的療效。但是以上的體系均以一條DNA雙鏈為藥物載體，載藥量有限。如果為了提高載藥量而延長DNA鏈復雜的生理環(huán)境會使得DNA鏈的穩(wěn)定性大大下降。為此，Dabrowiak等[6]利用納米金粒子(AuNP)固有的低毒性，尺寸形狀易控制、表面可以連接多種有機體和配體等特點，在其表面用多條DNA雙鏈修飾，從而緩和了DNA雙鏈穩(wěn)定性和載藥量之間的矛盾。然而，與G四鏈體一樣，這類體系承載的藥物必須能插入到DNA雙鏈中，所以承載的藥物種類也十分有限。

除此之外，一維結(jié)構(gòu)的DNA納米管因為對生物膜具有更好的透過性也被作為載體。早在2008年Mao等[7]曾研究過由單一序列DNA形成的卷曲狀納米管，易被細胞攝入，并且沒有表現(xiàn)出細胞毒性，但其結(jié)構(gòu)和尺寸無法精確控制。Sleiman等[8]用三棱DNA納米管組成大小交替的膠囊結(jié)構(gòu)，當加入特定DNA鏈時發(fā)生鏈置換打開特定位置處的膠囊釋放藥物，這一結(jié)構(gòu)有望用于基因響應的給藥體系。

隨著DNA折紙術(shù)的興起，Ding等[9]用DNA折紙直接作為Dox載體，該載藥納米結(jié)構(gòu)在乳腺癌細胞中表現(xiàn)良好，特別是對多耐藥性(MDR)的癌細胞有較好效果。在DNA折紙結(jié)構(gòu)的幫助下，Dox在細胞中內(nèi)化作用增強，從而提高了多耐藥性癌細胞中的藥物積累。也可以通過DNA折紙術(shù)構(gòu)造容器作為藥物載體，Douglas等[10]通過DNA折紙術(shù)構(gòu)造的六方形容器能夠在復雜的環(huán)境下完成藥物傳輸?shù)墓ぷ鳌NA折紙還被用來構(gòu)筑納米管載體，Bourquin等[11]用DNA折紙構(gòu)筑的納米管表面負載CpG序列后，能被細胞攝取并產(chǎn)生免疫響應。因為DNA折紙術(shù)是利用一條長的單鏈支架DNA，在數(shù)百條短鏈訂書釘DNA鏈的幫助下得到特定形狀的納米結(jié)構(gòu)的方法，所以反應對計量關(guān)系的精確度要求相對較低，可以得到較高的組裝成功率和產(chǎn)率。

而用DNA構(gòu)建的三維籠狀結(jié)構(gòu)更加緊固，細胞攝入能力強[12]，在生理條件下穩(wěn)定，并可以通過改變形狀和尺寸以實現(xiàn)特定藥物傳輸?shù)葍?yōu)點，逐漸成為DNA納米載體研究的熱點。其中，DNA四面體被認為是最具實用性的DNA納米結(jié)構(gòu)，因為它可由DNA單鏈簡單、高效的自組裝。Ahn等[13]課題組就構(gòu)建了這種簡單的DNA正四面體給藥系統(tǒng)(圖1)，可以逆轉(zhuǎn)多耐藥性，因為用DNA四面體承載的Dox能夠有效規(guī)避耐藥細胞的外排作用，高效地把Dox傳到癌細胞中，改進已有DNA折紙載藥系統(tǒng)構(gòu)建較為復雜的缺點。但該系統(tǒng)仍然不能主動靶向癌細胞，只能通過被動內(nèi)呑進入細胞。在這以后，Bermudez等在系統(tǒng)研究了DNA四面體作為載體在體內(nèi)耐酶解、負載RNA、pH值響應解構(gòu)[14]等性能的基礎上，在DNA四面體上連接適體AS1411[15]提供靶向性，在不需要注射試劑的幫助下增強對靶向細胞攝入能力，同時有效抑制四面體結(jié)構(gòu)降解。Anderson等[16]成功用DNA四面體制得了siRNA的體內(nèi)給藥系統(tǒng)，解決了siRNA穿膜能力差、無靶向功能、在生理環(huán)境中不穩(wěn)定等siRNA藥物開發(fā)中的關(guān)鍵問題。

圖1 構(gòu)建DNA四面體傳輸系統(tǒng)用于多耐藥細胞：由四條單鏈DNA組裝成四面體結(jié)構(gòu)，Dox與重疊的雙鏈DNA相互作用而吸附，然后載藥四面體結(jié)構(gòu)被細胞攝入后釋放藥物，最終導致細胞凋亡[13]Fig.1 Construction of DNA tetrahedron drug delivery system for drug-resistant cells: four single-stranded DNA assemble into tetrahedral structure, in which overlapping DNA duplexs serve as carrier due to their molecular interaction with Dox, then drug-loaded tetrahedral structure release drugs after being uptaken, eventually leading to cell apoptosis[13]

除了DNA四面體，有的人還構(gòu)建了連接適體的二十面體來作為Dox的載體，通過不同外界條件定向殺死癌細胞。如Huang等[17]以五角形構(gòu)建二十面體的模型為基礎，嵌入適體得到六角形，并以此構(gòu)建的二十面體自組裝產(chǎn)率高達75%。同時，其表面因為適體存在而具有靶向性，整個體系可受環(huán)境的pH影響而控制釋放藥物。最近，Oh[18]還構(gòu)建了仿生DNA納米球，雖然在體內(nèi)外都獲得不錯的效果，但是只能用來運輸寡核苷酸，不具有普遍意義。立體籠狀結(jié)構(gòu)的多樣性，將有效地擴大DNA納米載體的應用范圍。

作為載體，G四鏈體和雙鏈結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)簡單成本低，但載藥量有限，載藥品種少，穩(wěn)定性不好，并且G四鏈體在癌細胞環(huán)境中的釋放也存在問題。一維的納米管對生物膜具有好的透過性，折紙結(jié)構(gòu)對多耐藥性的癌細胞有較好效果，立體籠狀結(jié)構(gòu)因為其緊密牢固的結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出更好的細胞攝入能力和體內(nèi)穩(wěn)定性；然而，它們的設計往往很復雜[10-11,15-17]，納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建需要消耗大量的DNA鏈，部分結(jié)構(gòu)載藥能力不大，成本較高，這些問題都將限制其在醫(yī)藥方面的產(chǎn)業(yè)化?？傊?，作為納米載體，DNA納米結(jié)構(gòu)設計需要綜合考慮穩(wěn)定性、載藥量、細胞攝入能力和構(gòu)建的復雜度等因素。

3 DNA控制藥物釋放

DNA納米結(jié)構(gòu)不僅可以單獨用作藥物的載體，還可以修飾到其他載體上，通過刺激響應控制釋放藥物。相對于傳統(tǒng)給藥方式，藥物的刺激響應控制釋放具有主動靶向功能，有利于提高藥物療效、降低毒副作用，可減輕病人多次用藥的痛苦，對于提高臨床用藥水平來說具有重大意義。由于DNA本身構(gòu)象的多態(tài)性、良好的生物相容性以及穩(wěn)定的物化特性，使其在刺激響應控制釋放體系中成為很有吸引力的材料。

3.1 生物分子響應DNA控制釋放

為了實現(xiàn)藥物釋放的時間、空間可控，比較常見的響應控制釋放是以生物分子為刺激源。目前最常用的刺激源生物分子為腺苷三磷酸(ATP)。ATP是一種多功能核苷酸，在許多生物過程中起著至關(guān)重要的作用，包括肌肉收縮、細胞的新陳代謝、細胞內(nèi)化合物的合成與降解和膜運輸?shù)?；同時，它對于癌細胞的藥物抗性也有明顯的作用。因此，ATP響應型的控制釋放體系對于生物有機體中的應用至關(guān)重要。ATP響應型的控制釋放，通常將適體與載體連接來做控制開關(guān)。沒有ATP時，適體或者以適體為基礎構(gòu)建的結(jié)構(gòu)將藥物封閉；當存在ATP時，適體與其緊密結(jié)合，導致適體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變直接實現(xiàn)藥物釋放[19](圖2)；或者在適體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的基礎上，加入剪切酶使得適體部分水解而間接地實現(xiàn)藥物釋放[20]。例如，Tang等[21]設計的體系通過適體和鑲嵌在介孔硅納米粒子(MSN)表面的兩條單鏈DNA組成三明治型結(jié)構(gòu)以封閉藥物。加入ATP后，ATP和適體結(jié)合，導致DNA三明治型結(jié)構(gòu)瓦解以釋放藥物。Gu等[22]則設計了ATP響應的納米凝膠載藥體系，進一步地研究其在帶有腫瘤的老鼠體中的控制釋放。該體系不僅能有效抑制腫瘤細胞的活性，減小腫瘤的尺寸，而且不改變老鼠的體重，不影響正常的細胞代謝，為其在臨床應用中的可行性研究邁出了重要一步。

圖2 適體與ATP結(jié)合導致結(jié)構(gòu)改變以實現(xiàn)控制釋放：加入ATP后，介孔硅納米粒子(MSN)孔洞打開，釋放熒光分子；移走ATP后，孔洞關(guān)閉[19]Fig.2 Aptamer combines with ATP, which resulted in structural change to achieve controlled release: in the presence of ATP, the caps on the surface of MSN are opened to release fluorescein; the caps would be closed when ATP is removed from the environment[19]

除了ATP響應控制釋放以外，還有腺苷響應的體系。Song等[23]將單鏈DNA1修飾在MSN孔口，與DNA1部分互補的DNA2修飾在AuNP上，通過兩條DNA1和DNA2的自組裝，使得AuNP正好封閉MSN的孔口。在腺苷存在的條件下，DNA2與DNA1解鏈變性并與腺苷緊密結(jié)合，使得MSN的孔口被打開，從而釋放藥物。而Tan等[24]用連有適體的DNA鏈作交聯(lián)劑，通過與水凝膠上修飾的DNA雜交形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以儲存藥物。當加入腺苷后，適體與腺苷結(jié)合，DNA解鏈導致網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)瓦解，從而釋放藥物。具有細胞內(nèi)信息傳遞作用的環(huán)磷酸鳥苷(cdGMP)分子也可用來控制釋放[25]，將cdGMP對應的適體楔入到DNA二十面體上，在cdGMP存在的情況下，通過鏈置換使得適體改變結(jié)構(gòu)，從而破壞DNA二十面體結(jié)構(gòu)，釋放里面的藥物。

3.2 pH響應DNA控制釋放

腫瘤細胞能通過異常的能量代謝和對特定蛋白的自身調(diào)節(jié)，形成和維持一個不適合正常細胞生存的細胞外酸性微環(huán)境。針對腫瘤細胞的這種特點，近年來研究pH響應控制釋放的人也越來越多。在這些pH響應的體系中，都充分地利用了人類DNA端粒i-motif結(jié)構(gòu)的性質(zhì)：在酸性條件下，端粒序列中的胞嘧啶(C)部分質(zhì)子化可得到CC+堿基對，從而形成四鏈體結(jié)構(gòu)；在堿性條件下則展開成單鏈結(jié)構(gòu)。

Qu等最早把i-motif結(jié)構(gòu)引入pH響應控制釋放體系，可在堿性條件下釋放藥物。但是這個體系沒有考慮到癌細胞外的酸性微環(huán)境。隨后他們構(gòu)建的新體系(圖3)將i-motif序列作為頸環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)狀部分，在中性或堿性條件下穩(wěn)定，藥物Dox與莖部雙鏈結(jié)合；在酸性條件下，由于環(huán)狀部分C堿基質(zhì)子化形成i-motif結(jié)構(gòu)，使得GCG-CGC之間的氫鍵遭到破壞帶來Dox釋放[26]。Song等[27]將DNA2設計成i-motif序列，在堿性條件下DNA2與DNA1雜交，DNA2連接的AuNP堵住MSN的孔洞；酸性條件下，DNA2形成i-motif結(jié)構(gòu)，使得DNA2與DNA1的分離，AuNP離開孔洞而釋放藥物。Bermudez等[14]設計的四面體型DNA結(jié)構(gòu)也含有i-motif序列，在堿性條件下立體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；但酸性條件下，i-motif結(jié)構(gòu)的形成將導致DNA四面體結(jié)構(gòu)部分瓦解，實現(xiàn)藥物釋放。Siwy等[28]構(gòu)建的體系既對pH響應，又對電信號響應：不僅能像開關(guān)那樣實現(xiàn)關(guān)閉與釋放，也能像閥門那樣控制藥物的釋放速率。

圖3 富含C的莖-環(huán)發(fā)夾結(jié)構(gòu)：在中性或者堿性條件下，藥物嵌入發(fā)夾結(jié)構(gòu)的莖位置處；隨著pH的降低，i-motif結(jié)構(gòu)形成，藥物從莖位置處釋放[26]Fig.3 A cytosine-rich hairpin DNA with stem-and-loop conformation: under neutral/base conditions, drugs are tethered at the stem of hairpin structure; as the pH value of its environment decreases, i-motif structure is formed to release drugs[26]

3.3 光響應DNA控制釋放

光刺激作為一種單純的外部刺激，不需要借助體內(nèi)復雜的生理環(huán)境的變化，是一種潔凈、無創(chuàng)、高效的刺激類型。DNA光響應波長主要在紫外光(UV)和近紅外光區(qū)域，其中紫外光主要通過光致解鏈變性、光致斷鏈、光致pH改變控制釋放，而近紅外光通過光熱轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)控制釋放。

針對光致解鏈變性體系，絕大多數(shù)的研究都是在DNA鏈中楔入偶氮苯分子實現(xiàn)的[29]。與文獻[24]體系類似，Tan等[30]用帶有偶氮苯的DNA鏈作為交聯(lián)劑構(gòu)建了體型結(jié)構(gòu)，在UV照射下水凝膠溶解，以此實現(xiàn)藥物的釋放。Zhang等[31]在單鏈中楔入偶氮苯分子，然后將其一端接枝在MSN表面，另外一端用AuNP修飾。在UV/Vis交替照射下，通過局部解鏈和雜交以使AuNP封閉和打開孔口以實現(xiàn)控制釋放。也有人用楔入偶氮苯分子的DNA雙鏈雜交[32-33]來控制載體的孔口，通過偶氮苯的光致異構(gòu)使得雙鏈打開，從而釋放藥物。

將光敏分子插入DNA鏈中，可實現(xiàn)光致斷鏈的效果。例如Qu等[34]把光敏劑卟啉衍生物插入到DNA鏈的四鏈體中，在430～440nm光照下，光敏劑將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，生成活性氧，不僅可以導致細胞死亡，而且導致四鏈體以外的DNA鏈斷裂。后者將使得用來封閉藥物的四鏈體從MSN的表面脫離以實現(xiàn)藥物的釋放。這種協(xié)同效應將有效增強癌細胞的死亡率。Tan等[35]用光敏連接劑把分子信標(MB)和適體連接在一起，利用適體的靶向性，把MB輸送到某一特定的mRNA處；在UV照射下光致斷鏈釋放MB，發(fā)揮MB在生物細胞中對mRNA的監(jiān)測作用。

光致pH轉(zhuǎn)變的體系往往是在體系中加入光敏物質(zhì)，利用光敏物質(zhì)在光照條件下發(fā)生反應而導致pH轉(zhuǎn)變，從而改變DNA的結(jié)構(gòu)。Liu等[36]首先把光敏物質(zhì)孔雀石綠(MGCB)用于控制i-motif結(jié)構(gòu)。在UV光照下MGCB解離出OH-，導致溶液體系pH突增，i-motif結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成無規(guī)線團狀；在沒有光照射時，體系pH下降，i-motif結(jié)構(gòu)恢復。Wang等[37]在此基礎上，將MGCB固定在MSN的納米通道處，i-motif結(jié)構(gòu)接枝在MSN的表面用來封閉孔口，在UV光照下，i-motif結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成單鏈，從而釋放客體分子(圖4)。

圖4 i-motif 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變控制釋放：無光照射時，DNA鏈呈i-motif結(jié)構(gòu)以封閉藥物；UV光照時，i-motif 結(jié)構(gòu)瓦解形成單鏈狀態(tài)，釋放藥物[37]Fig.4 Conformational switch of i-motif DNA to realize controlled release: in the absence of light, single-stranded DNA is i-motif structure with closed drugs; Upon UV-light irradiation, i-motif structure collapse to form single stranded state to release drugs[37]

除了以上UV響應釋放，利用低維金屬納米粒子特殊的光熱轉(zhuǎn)換效應在藥物載體的體系中嵌入AuNP，可以得到以近紅外光(NIR)為刺激源的控制釋放體系。在NIR的照射下，AuNP產(chǎn)生共振吸收并向周圍傳遞熱量，使得局部溫度升高而導致DNA鏈解鏈或分解，由DNA鏈儲存或封閉的藥物便得以釋放。Huang等[38]在AuNP表面用單層發(fā)夾結(jié)構(gòu)DNA(hpDNA)修飾，hpDNA中的螺旋結(jié)構(gòu)用來儲存藥物。在NIR的激光下，通過AuNP光熱轉(zhuǎn)換效應導致周圍溫度升高，使得螺旋結(jié)構(gòu)解開以釋放藥物。這種體系雖然簡單，但是不穩(wěn)定，易被免疫系統(tǒng)識別，從而限制了其應用。于是Farokhzad等[39]在AuNP表面連接生物相容性較好的聚乙二醇(PEG)[40]降低免疫識別，體外和體內(nèi)實驗結(jié)果表明，在NIR的照射下，該體系選擇性地將抗癌藥物傳遞到靶向細胞，有效抑制癌細胞的生長。即使如此，AuNP表面連接大量的適體與PEG勢必減少載藥DNA鏈的連接，從而載藥能力有限。Tan等[41]把DNA接枝到聚丙烯酰胺上，加入DNA互補鏈后，聚丙烯酰胺形成凝膠，可以包覆金-銀納米棒及藥物。在NIR的輻射下，交聯(lián)結(jié)構(gòu)被破壞從而可控地釋放藥物。Qu等[42]將金納米棒嵌入到介孔硅中，并在介孔硅的表面修飾DNA鏈，既作為適體提供靶向，又起到封閉和NIR光控釋放作用，從而很好地改善了系統(tǒng)載藥能力。

鑒于UV會對生物樣品造成損傷，加上其透射能力不足，因此UV只適合體外研究，不利于臨床應用。而NIR以其較強的透射能力、皮膚和組織對其吸收小、無損傷等優(yōu)點，成為未來光響應控制藥物釋放比較理想的光源。

3.4 其他響應DNA控制釋放

除了上述DNA控制釋放體系外，還可以設計磁響應體系。例如Vallet-Regi等[43]在MSN里加入超順磁性氧化鐵納米粒子，通過外加磁場，提供靶向作用；通過磁共振成像跟蹤藥物輸送過程及其在生物體內(nèi)的分布；在交變磁場的作用下，氧化鐵納米粒子吸收能量產(chǎn)生熱能，在發(fā)揮熱療效能的同時，將熱量傳遞給表面用來封閉藥物的DNA雙鏈，使得雙鏈打開以釋放藥物。

另外還有許多DNA響應體系由于使用條件苛刻，對于有機生物體而言不太適合。例如鏈置換控制體系[8,44]，無法解決向復雜環(huán)境的生物體中加入響應DNA序列的問題，而刺激響應鏈置換的發(fā)展也還不夠成熟[45]。還有單純靠升溫來使DNA鏈打開的熱響應體系[46-48]，很難解決在生物體中升溫的問題。以及離子響應的體系，如K+響應[49]，靶向性太差；而Ag+類響應的體系[50]，則會帶來重離子的長期積聚。

4 結(jié)論與展望

DNA納米結(jié)構(gòu)無論是作為納米載體還是在刺激響應控制釋放系統(tǒng)中，都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、可控性等優(yōu)勢，為其在藥物治療系統(tǒng)中的應用提供了無限可能。但是，該類研究起步較晚，其臨床應用也需要各類研究者的共同努力來實現(xiàn)。筆者認為以下兩個方面研究的展開，將會進一步拓寬DNA納米結(jié)構(gòu)在藥物載體與控制釋放系統(tǒng)中的應用：1)作為納米載體，DNA納米結(jié)構(gòu)需要協(xié)調(diào)好穩(wěn)定性、載藥量、細胞的攝入能力和構(gòu)建的復雜度等之間的矛盾；2)對于藥物的刺激響應控制釋放，目前絕大多數(shù)體系是單響應釋放體系，未來應該考慮生物體中的復雜生理環(huán)境以及與藥物配合使用。

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Applications of DNA Nanostructures in Drug Carrier and Controlled Release System

ZHANG Jiaxiao1, 2， KOU Bo1,3， HUAI Xu1， HANG Zusheng1,3

(1. School of Materials Science and Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2.School of Materials Science and Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China; 3.Jiangsu Key Laboratory of Advanced Structural Materials and Application Technology, Nanjing 211167, China)

In this paper, characteristics of five different DNA nanostructures used as drug carrier are introduced. They were G-quadruplex, double-chains structure, nano-tube, Origami and Stereo cage. Then, according to different stimuli, the routes to release drug by the DNA nanostructures and their advantages and disadvantages are introduced from variable ways including biological molecules, pH, photo irradiation and other stimulations. Moreover, two suggestions for further research in DNA nanostructures in the drug carrier and controlled release system are proposed.

DNA nanostructures； self-assembly； nano-carrier； controlled release

1673-2812(2017)01-0166-07

2015-11-09；

2016-01-04

國家自然科學基金資助項目(NSFC 21603102)，江蘇省自然科學基金資助項目(BK20160773)，南京工程學院校級科研基金資助項目(ZKJ201501)，南京工程學院大學生科技創(chuàng)新基金資助項目(N20140208)

張家笑(1993-)，男，碩士研究生，主要研究方向為DNA納米載體。

寇 波(1982-)，男，講師，主要研究方向為DNA納米材料光控改性，E-mail:koutianbo@hotmail.com。

R318.08；TQ460.4

A

10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2017.01.033