一种DNA纳米机器及其在降低血糖中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种DNA纳米机器，包括由核苷酸序列构成的感受器和执行器，所述感受器中含有用于与葡萄糖分子结合的核苷酸链R链，还包含核苷酸链Hs链和用于封闭Hs链的封闭链Bs链，所述执行器中包含用于与所述感受器中的Hs链共同作用而执行一定功能的核苷酸链Ha链和用于封闭Ha链的封闭链Ba链，所述Hs链和Ha链能够部分链段碱基配对，因而能结合形成二聚体结构，而所述封闭链Bs链和封闭链Ba链均相应解离。本发明专利技术所述DNA纳米机器在体内响应高血糖而不响应低糖，只有体内高血糖时方具备降糖功能，避免了胰岛素治疗过程中出现的低血糖的风险。该DNA纳米机器具有智能、高效、稳定以及低毒等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种DNA纳米机器及其在降低血糖中的应用
本专利技术涉及生物化学和医学领域，具体涉及一种DNA纳米机器及其在降低血糖中的应用。
技术介绍
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，常导致严重的继发性并发症，影响全世界4.25亿人。2型糖尿病占糖尿病患者的90％以上，胰岛素抵抗是2型糖尿病的典型特征之一，即由于各种原因导致胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率降低。胰岛素治疗是目前糖尿病治疗的主要方法，然而，胰岛素治疗存在一定的缺陷与风险。首先，胰岛素生产存在一定的批次间差异，并且稳定性较差，其次，糖尿病治疗通常涉及每日监测血糖水平和多次皮下注射或输液，以调整允许剂量的安全性和有效性。最后，目前胰岛素治疗的选择仍然受到低血糖风险的限制，血糖控制效果较差。因此，目前的治疗需要开发一种稳定性较好且能智能动态调节血糖的方法。DNA是纳米材料和生物技术中一个强大的构建单元。DNA可以通过成熟的固相合成方法进行化学合成，在合成可扩展性和成本效益方面，与胰岛素的生物生产相比具有一定优势。此外，与胰岛素相比，DNA具有很高的热稳定性，其热变性是可逆的。并且由于DNA的可编程性和低免疫原性使其具有精确设计和应用的方便性。筛选的具有高亲和力和靶向性的DNA序列在生物传感和治疗方面具有很大的潜力。目前，DNA已被应用于通过设计DNA特制的表面受体来非遗传调节细胞功能。因此，本领域需要一种由DNA材料构成的用于治疗糖尿病的DNA纳米机器。
技术实现思路
现有研究表明肝细胞生长因子能够刺激脂肪细胞、骨骼肌细胞和肝脏细胞的葡萄糖摄取与代谢，能够治疗糖尿病。目前，肝细胞生长因子受体的特异性靶向结合DNA序列已经通过SELEX筛选得到。该靶向DNA序列与肝细胞生长因子受体具有较高的亲和力。并且能够替代肝细胞生长因子诱导其受体二聚，促进细胞的增殖和迁移。为避免目前胰岛素治疗存在的一些问题，本专利技术构建了一种DNA纳米机器，其具有智能感应葡萄糖水平的能力，并且在高血糖状态下具有降糖效果。本专利技术为糖尿病治疗提供了一种新思路。本专利技术首先提供一种DNA纳米机器，包括由核苷酸序列构成的感受器和由核苷酸序列构成的执行器，所述感受器用于感受血糖水平，所述执行器用于执行调节血糖功能，所述感受器中含有用于与葡萄糖分子结合的核苷酸链R链，还包含核苷酸链Hs链和用于封闭Hs链的封闭链Bs链，所述执行器中包含用于与所述感受器中的Hs链共同作用而执行一定功能的核苷酸链Ha链和用于封闭Ha链的封闭链Ba链，所述Hs链和Ha链能够部分链段碱基配对，因而能结合形成二聚体结构，而所述封闭链Bs链和封闭链Ba链均相应解离；所述R链、Hs链和Ha链的序列分别如下，R链：CTCTCGGGACGACCGTGTGTGTTGCTCTGTAACAGTGTCCATTGTCGTCCC；Hs链：GGTCGTCCCGAGAGACAGTCATTGAATAGCCGTGTCACGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAGTGACACG；Ha链：ATCAGGCTGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAAGTCTGATGCTATTCAATGACTGTCTCTCGG。本专利技术中，R链、Hs链与Bs链通过部分碱基互补配对结合形成感受器，所述感受器简称为S链，所述Ha链和Ba链同样通过部分碱基互补配对结合形成执行器，所述执行器简称为A链，所述DNA纳米机器因而简称为AS。在一种具体的实施方式中，所述封闭链Bs链和封闭链Ba链的碱基个数均为8～24个，优选16个。在一种具体的实施方式中，所述DNA纳米机器中Hs链：Bs链：R链的摩尔比例为1：1～3：0.8～1.6，优选1：2：1，所述DNA纳米机器中Ha链：Ba链的摩尔比例为1：1～3，优选1：2。在一种具体的实施方式中，所述Bs链和Ba链的序列分别如下，Bs链：GCTATTCAATGACTGT；Ba链：ACAGTCATTGAATAGC。本专利技术中，所述核苷酸序列均为5’端至3’端的序列。在一种具体的实施方式中，所述R链、Hs链和Bs链配置在HEPES缓冲液中，在93～97℃下退火3～7min后冷却得到所述感受器；所述Ha链和Ba链配置在HEPES缓冲液中，在93～97℃下退火3～7min后冷却得到所述执行器；优选所述HEPES缓冲液中还含有NaCl、MgCl2和KCl；优选在冰箱中分别冷藏得到的感受器溶液和执行器溶液。在一种具体的实施方式中，与所述R链、Hs链、Bs链、Ha链和Ba链的序列中的任一序列具有60％以上同源性的一条或多条核苷酸序列，优选同源性在80％以上，更优选同源性在90％以上；或能与所述R链、Hs链、Bs链、Ha链和Ba链的序列中的任一序列进行杂交的一条或多条核苷酸序列。在一种具体的实施方式中，所述核苷酸链或核苷酸序列中的核苷酸分子上修饰有功能基团、纳米材料和/或蛋白类材料；优选所述功能基团包括硫代修饰、甲氧基修饰以及氟代修饰中的一种或多种，所述纳米材料包括磁性颗粒、荧光颗粒、纳米药物、生物素和纳米高分子聚合物中的一种或多种，所述蛋白类材料包括多肽和酶中的一种或多种。本专利技术还提供一种药物组合物，包括如上任意一项所述的DNA纳米机器或其药学上可接受的盐。本专利技术还提供一种如上所述的DNA纳米机器在降低血糖中的应用，或者所述的DNA纳米机器在调控细胞糖摄取的试剂或调控细胞糖释放的试剂中的应用。本专利技术还提供一种如上所述的二聚体结构在降低血糖中的应用，或者所述的二聚体结构在调控细胞糖摄取的试剂或调控细胞糖释放的试剂中的应用。本专利技术中，该二聚体结果注入体内后，也可以起到降糖效果。但与DNA纳米机器相比，该二聚体不具有响应葡萄糖含量水平的特点，也就是说，不管体内血液中葡萄糖含量水平低还是高，该二聚体结构都会产生降糖效果。可见本专利技术提供的二聚体结构同样也属于一种降糖药物。一般情况下，无论是DNA纳米机器，还是二聚体结构，都是以溶液形式通过尾静脉注射的方式注入动物体内。此外，不管是体内还是体外，只要所述DNA纳米结构所处环境中葡萄糖含量水平高于10mmol/L，则所述DNA纳米结构都能形成所述二聚体结构。本专利技术至少具有如下有益效果：1)本专利技术提供的所述DNA纳米机器，其感受器和执行器都是通过体外组装而成，在体外组装时，所述核苷酸序列能自主折叠形成二级结构和三级结构，其结构具有较好的稳定性，且不具有毒副作用。2)本专利技术公开了一种智能监测并降低血糖的DNA纳米机器。本专利技术的智能DNA纳米机器包括感应血糖水平的感受器以及执行调节血糖功能的执行器。本专利技术所述DNA纳米机器在体内响应高血糖而不响应低糖，只有体内高血糖时方具备降糖功能，避免了胰岛素治疗过程中出现的低血糖的风险。该DNA纳米机器具有智能、高效、稳定以及低毒等优点。附图说明图1为本专利技术所述的DNA纳米机器结构图及其形成二聚体原理图。图2为通过NUPACK模拟所得的Hs链和Ha链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DNA纳米机器，包括由核苷酸序列构成的感受器(1)和由核苷酸序列构成的执行器(2)，所述感受器用于感受血糖水平，所述执行器用于执行调节血糖功能，所述感受器(1)中含有用于与葡萄糖分子结合的核苷酸链R链，还包含核苷酸链Hs链和用于封闭Hs链的封闭链Bs链，所述执行器(2)中包含用于与所述感受器(1)中的Hs链共同作用而执行一定功能的核苷酸链Ha链和用于封闭Ha链的封闭链Ba链，所述Hs链和Ha链能够部分链段碱基配对，因而能结合形成二聚体结构，而所述封闭链Bs链和封闭链Ba链均相应解离；所述R链、Hs链和Ha链的序列分别如下，/nR链：CTCTCGGGACGACCGTGTGTGTTGCTCTGTAACAGTGTCCATTGTCGTCCC；/nHs链：GGTCGTCCCGAGAGACAGTCATTGAATAGCCGTGTCACGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAGTGACACG；/nHa链：ATCAGGCTGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAAGTCTGATGCTATTCAATGACTGTCTCTCGG。/n

【技术特征摘要】
1.一种DNA纳米机器，包括由核苷酸序列构成的感受器(1)和由核苷酸序列构成的执行器(2)，所述感受器用于感受血糖水平，所述执行器用于执行调节血糖功能，所述感受器(1)中含有用于与葡萄糖分子结合的核苷酸链R链，还包含核苷酸链Hs链和用于封闭Hs链的封闭链Bs链，所述执行器(2)中包含用于与所述感受器(1)中的Hs链共同作用而执行一定功能的核苷酸链Ha链和用于封闭Ha链的封闭链Ba链，所述Hs链和Ha链能够部分链段碱基配对，因而能结合形成二聚体结构，而所述封闭链Bs链和封闭链Ba链均相应解离；所述R链、Hs链和Ha链的序列分别如下，
R链：CTCTCGGGACGACCGTGTGTGTTGCTCTGTAACAGTGTCCATTGTCGTCCC；
Hs链：GGTCGTCCCGAGAGACAGTCATTGAATAGCCGTGTCACGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAGTGACACG；
Ha链：ATCAGGCTGGATGGTAGCTCGGTCGGGGTGGGTGGGTTGGCAAGTCTGATGCTATTCAATGACTGTCTCTCGG。


2.根据权利要求1所述的DNA纳米机器，其特征在于，所述封闭链Bs链和封闭链Ba链的碱基个数均为8～24个，优选16个。


3.根据权利要求1所述的DNA纳米机器，其特征在于，所述DNA纳米机器中Hs链：Bs链：R链的摩尔比例为1：1～3：0.8～1.6，优选1：2：1，所述DNA纳米机器中Ha链：Ba链的摩尔比例为1：1～3，优选1：2。


4.根据权利要求1～3中任意一项所述的DNA纳米机器，其特征在于，所述Bs链和Ba链的序列分别如下，
Bs链：GCTATTCAATGACTGT；
Ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂舟，贺芳，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43