本技术属于生物医药技术领域,特别涉及一种铜基DNA纳米材料及其在肿瘤治疗中的应用,该铜基DNA纳米材料通过CRISPR‑Cas13d系统精准下调BMAL1基因,扰乱细胞代谢途径,在肿瘤细胞中增强其铜死亡的效应。通过精准调节BMAL1基因表达和引发铜死亡,实现了对肿瘤细胞的高效杀伤,并且通过双重机制增加了治疗的选择性与效率;这种策略不仅能够克服现有铜递送系统的非特异性问题,还能够调节肿瘤细胞的代谢途径,削弱其代谢稳态,从而提高细胞对铜死亡的敏感性,增强治疗效果;结合CRISPR‑Cas13d系统的精准基因编辑能力,本发明在个性化癌症治疗方面具有广泛的应用潜力,为抗癌疗法提供了全新的治疗思路,特别在铜死亡诱导治疗和生物钟基因调节领域具有重要的前景。
背景技术
生物钟基因是调控生物体内昼夜节律的核心基因,它们在控制细胞的增殖、代谢和凋亡等重要生理过程中扮演关键角色。BMAL1(Brain andMuscle ARNT-Like 1)作为核心生物钟基因之一,不仅调节昼夜节律,还与细胞周期、代谢平衡以及细胞的生存与死亡密切相关。研究表明,BMAL1在多种癌症的发生与发展中发挥着重要作用。其主要作用机制是通过调控细胞内的能量代谢、氧化还原平衡以及凋亡途径,影响肿瘤细胞的生长和抗药性。
在正常细胞中,BMAL1通过维持细胞周期稳定、促进代谢稳态、增强细胞抗氧化能力来支持细胞存活。然而,肿瘤细胞中BMAL1的失调则可能促进不受控的细胞增殖,抑制细胞凋亡,并增强肿瘤细胞的抗氧化能力,从而促进肿瘤的发生和耐药性。研究发现,在肿瘤细胞中下调BMAL1可以诱导细胞周期停滞和促进凋亡,因此,BMAL1成为了一个有前景的癌症治疗靶点。
铜死亡是近年来发现的一种新型细胞死亡方式,其特点是由细胞内铜离子累积引起,进而导致线粒体蛋白的聚集和铁硫簇的失稳,从而引发细胞死亡。与传统的细胞死亡方式(如凋亡、坏死、焦亡等)不同,铜死亡的发生主要依赖于细胞内铜离子的过度积累,铜离子通过与线粒体内的二氢硫辛酰转移酶(DLAT)结合,打破了三羧酸循环(TCA循环)中的铁硫簇的稳定性,导致蛋白质毒性积累并最终引发细胞死亡。
铜作为人体必需的微量元素,在细胞的多种生物学反应中扮演重要角色,尤其在细胞能量代谢和抗氧化反应中起着重要作用。然而,在肿瘤细胞中,铜的过度积累可以通过触发铜死亡引起细胞死亡。研究发现,铜死亡的路径为肿瘤治疗提供了一种新的治疗策略,尤其是对于那些对传统治疗方法耐药的肿瘤类型。通过增加肿瘤细胞内的铜积累或通过调节相关途径触发铜死亡,研究人员已成功引发了肿瘤细胞死亡,显示出铜作为抗癌疗法的潜力。
目前,已有研究使用铜基物质诱导肿瘤细胞死亡,尤其是在铜离子能够通过芬顿反应激活细胞内氧化应激的情况下,触发特定的细胞死亡路径,如铜死亡。但当前铜递送系统仍面临一些挑战,限制了其临床应用的有效性和安全性。主要问题包括:肿瘤细胞中通常缺乏足够的铜转运蛋白,这限制了铜离子在肿瘤细胞内的积累,进而影响铜死亡的有效性。现有铜载体的设计往往不能克服这一问题,导致铜离子积累不足,未能充分激活铜死亡。对肿瘤细胞代谢的调控不足:现有治疗策略大多集中于增加铜的生物积累,然而忽视了肿瘤细胞的代谢特征,特别是生物钟基因调控下的代谢路径。肿瘤细胞往往通过改变代谢途径(如有氧糖酵解、乳酸发酵等)来逃避细胞死亡。缺乏对这些代谢途径的调控,使得现有治疗方案的效果受到一定限制。
实现思路