Аптамеры являются однонитчатыми ДНК или РНК (ssDNA or ssRNA) с уникальной третичной структурой, которая позволяет им специфически связываться с соотв. молекулярными мишенями. Аптамеры обычно выявляются с помощью Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment (SELEX) [1,2], используя мишени в пределах от малых молекул [1,3,4] до биомакромолекул [2,[5-10]], инфицированных клеток [11], стволовых клеток [12] и раковых клеток [[13-20]]. Такие аптамеры, особенно модифицированные по гидрофобным группам для улучшения связывания и целенаправленного действия аптамеров в случае slow off-rate modified aptamers (SOMAmers), могут обладать приличным связывающим сродством с константами диссоциации (Kds) типичными для pico- до nanomolar диапазона [21]. Выявление атомной структуры комплексов аптамер/мишень подтвердило, что такое сильное соединения аптамера с мишенью зависит от комбинации нековалентных взаимодействий, таких как силы van der Waals, образование водородных мостиков и упаковочные (stacking) взаимодействия [4,[22-25]].
1.1. Why aptamers?
Успехи химии нуклеиновых кислот привели к разработке многообразных инструментов для химических модификаций и биоконъюгаций. Такие инструменты позволили в дальнейшем создать аптамеры в качестве кандидатов молекулярных theranostic агентов посредством, напр., расширения разнообразия библиотеки для поиска аптамеров, драматически повысили биостабильность аптамеров нуклеиновых кислот, снизили скорость диссоциации аптамеров от их молекул мишеней и тем самым увеличили их сродство к связыванию, полезную нагрузку аптамеров флюорогенными или радиоизотопными репортерами и конъюгацию аптамеров с терапевтическими агентами для целенаправленной доставки лекарств. Многие из этих химических модификаций или биоконъюгатов могут быть получены автоматически с помощью DNA/RNA синтезатора или с помощью предоставления подходящих условий [26,27].
Как класс молекулярных лигандов, апатмеры обладают обладают определенными характерными свойствами, по сравнению с др. классами лигандов, таких как антитела или пептиды [11]. Адаптамеры могут быть найдены для широкого круга молекулярных мишеней, включая токсины или слабые иммуногенные мишени, для которых трудно сгенерировать антитела, или найдены для пептидов бактериофагов. Скрининг аптамеров является эффективным (идеально в течение недели) и подходящим по цене. Современные технологии по автоматическому синтезу ДНК/РНК также позволяют легко и без особых затрат производить крупномасштабные и автоматизированные химические модификации аптамеров с низкими batch-to-batch вариациями. Относительно простая химическая структура аптамеров влечет за собой полное конформационное восстановление даже после термальной или химической денатурации. Аптамеры обычно имеют длительную продлжительность жизни. Кроме того, природа нуклеиновых кислот аптомеров делает возможной прямую разработку антидотов [28,29]. Эти признаки делают аптамеры пригодными для таргетной терапии. Кроме того, аптамеры широко используются во многих биомед. сценариях, включая
in vitro биоанализ и
in vitro диагностику (IVD), bioimaging, открытие биомаркеров и аптамерами направляемое открытие лекарств. Наконец, аптамеры используются для таргетной терапии.
Fig. 1. Workflow of SELEX. (A) Schematic illustration of in vitro SELEX for aptamer screening. (B) The oligonucleotide pool from the final round of SELEX was subject to sequencing and bioinformatic analysis of homology and frequency. (C) Exemplary sequences of library and primers used for SELEX. (D) An example of flow cytometry results that demonstrate the progressive enrichment of aptamer candidates to target cells.
Итак, апатмеры могут относительно легко обнаруживаться, воспроизводимо продуцироваться, программироваться в соответствии с нуждами и химически модифицироваться для разных биомедицинских приложений, включая целенаправленную (targeted) терапию. Аптамеры могут быть химически модифицированы, чтобы противостять фераментативной деградации, или оптимизированы по своему фармакологическому поведению, это гарантирует их химическую целостность биодоступность при физиологических условиях. В обзоре рассматрены недавние успехи в этой области иобсужены препятствия и возможности aptamer-based таргетной терапии в виде терапевтических аптамеров и конъюгатов лекарств с аптамерами.
