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以前没有报道过在pH 值低至 1.2 的极端酸性环境中稳定的耐酸 DNA 水凝胶 ， 这主要是由于 DNA 杂交结构的不稳定性 。 为实现这一目标 ， 科研人员对富含腺嘌呤 (A) 和富含胞嘧啶 (C) 的寡核苷酸进行了合理设计和整合 ， 以通过自由基聚合与丙烯酰胺单体形成共聚物 。 在酸性环境 (pH 1.2–6.0) 中 ， 生成的共聚物形成水凝胶状态 ， 通过平行的 A 基序双链结构 (pH 1.2–3.0) 和四链 i 基序结构 (pH 4.0–6.0) 交联分别用于 A 和 C 碱基的质子化 。 具体来说 ， 在 pH 1.2-3.0 下质子化的富含A 的序列通过反向 Hoogsteen 相互作用和静电吸引形成稳定的平行 A 基序双链体交联单元 。 在弱酸性 pH (4.0–6.0) 下的半质子化 C 碱基通过 Hoogsteen 相互作用形成四链体 i-motif 交联构型 。 在生理 pH 下 ， A 和 C 碱基都去质子化 ， 导致 A 基序和 i 基序分别分离为富含 A 和富含 C 的单链 ， 从而使 DNA 水凝胶解离成溶液状态 。 进一步开发了耐酸和生理 pH 响应 DNA 水凝胶 ， 用于将口服药物输送到胃 (pH 1.2)、十二指肠 (pH 5.0) 和小肠 (pH 7.2) 的恶劣酸性环境中 ， 药物将在这些环境中释放和吸收 。 作为概念验证 ， 胰岛素被封装在 DNA 水凝胶中并口服给予糖尿病大鼠 。 体外和体内研究证明了 DNA 水凝胶在口服给药方面的潜在用途 。
方案1. 耐酸和生理 pH 响应 DNA 水凝胶制备和胰岛素释放示意图 。
图2.通过将 HCl 和乙酸分别添加到共聚物溶液（PBS 缓冲液 ， pH 7.2）中 ， DNA 水凝胶在 (A) pH 1.2 和 (B) pH 5.0 下的照片和 SEM 图像 。 (C) 在酸性 pH 值下形成稳定的 DNA 水凝胶（上图）和生理 pH 值触发的 DNA 水凝胶解离成溶液状态（下图） 。
图3.(A) DNA 水凝胶在 pH 1.2、5.0 和 7.2 下的流变学研究 。 (B) 在 pH 1.2、5.0 下 ， 由 A 基序和 i 基序交联的 DNA 水凝胶的顺序解离谱（曲线 a）、只有 A 基序（曲线 b）和只有 i 基序（曲线 c） ，和 7.2 。
图4.(A) AIF (pH 7.2 37 °C) 中 DNA 水凝胶中 FITC-胰岛素的释放曲线 。 (B) AGF (pH 1.2 37 °C) 中 DNA 水凝胶中 FITC-胰岛素的释放曲线 然后是 AIF (pH 7.2 37 °C) 。 (C) AGF (pH 1.2 37 °C) 中 DNA 水凝胶中 FITC-胰岛素的释放曲线 随后在 ADF (pH 5.0 37 °C) 中 然后在 AIF (pH 7.2 37 °C) 中 。 (D) 不同 pH 值下 DNA 水凝胶释放的胰岛素的ELISA 。 标准胰岛素溶液用作阳性对照 。
相关论文以题为Acid-Resistant and Physiological pH-Responsive DNA Hydrogel Composed of A-Motif and i-Motif toward Oral Insulin Delivery发表在《J. Am. Chem. Soc.》期刊上 。 通讯作者是新加坡Jackie Y. Ying教授 。 【《JACS》耐酸和生理 pH 响应 的DNA 水凝胶，用于口服胰岛素输送！】
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