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Endogenous Enzyme-Activatable Spherical Nucleic Acids for Spatiotemporally Controlled Signal Amplification Molecular Imaging and Combinational Tumor Therapy

化学 AP站点 核酸 寡核苷酸 DNA 生物正交化学 分子生物学 生物物理学 分子信标 生物化学 DNA损伤 点击化学 组合化学 生物
作者
Youhui Zeng,Ruiying Peng,Yingcai Hu,Ping Luo,Ronghua Yang,Jishan Li,Zheng Jing
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (39): 14710-14719
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c02831
摘要

Due to the adjustable hybridization activity, antinuclease digestion stability, and superior endocytosis, spherical nucleic acids (SNAs) have been actively developed as probes for molecular imaging and the development of noninvasive diagnosis and image-guided surgery. However, since highly expressed biomarkers in tumors are not negligible in normal tissues, an inevitable background signal and the inability to precisely release probes at the chosen region remain a challenge for SNAs. Herein, we proposed a rationally designed, endogenous enzyme-activatable functional SNA (Ep-SNA) for spatiotemporally controlled signal amplification molecular imaging and combinational tumor therapy. The self-assembled amphiphilic polymer micelles (SM-ASO), which were obtained by a simple and rapid copper-free strain-promoted azide-alkyne cycloaddition click reaction between dibenzocyclooctyne-modified antisense oligonucleotide and azide-containing aliphatic polymer polylactic acid, were introduced as the core elements of Ep-SNA. This Ep-SNA was then constructed by connecting two apurinic/apyrimidinic (AP) site-containing trailing DNA hairpins, which could occur via a hybridization chain reaction in the presence of low-abundance survivin mRNA to SM-ASO through complementary base pairing. Notably, the AP site-containing trailing DNA hairpins also empowered the SNA with the feasibility of drug delivery. Once this constructed intelligent Ep-SNA nanoprobe was specifically cleaved by the highly expressed cytoplasmic human apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 in tumor cells, three key elements (trailing DNA hairpins, antisense oligonucleotide, and doxorubicin) could be released to enable subsequent high-sensitivity survivin mRNA imaging and combinational cancer therapy (gene silencing and chemotherapy). This strategy shows great application prospects of SNAs as a precise platform for the integration of disease diagnosis and treatment and can contribute to basic biomedical research.
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