話題：亞利桑那州立大學(xué)生物納米技術(shù)生物技術(shù)癌癥疾病健康醫(yī)學(xué)納米科學(xué)納米技術(shù)

編程僅攻擊癌細(xì)胞的納米機(jī)器人的關(guān)鍵是在其表面包括一種稱(chēng)為DNA適體的特殊有效負(fù)載。DNA適體可以特異性地靶向一種稱(chēng)為核仁蛋白的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)僅在腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面上大量產(chǎn)生 - 而不是在健康細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)。

亞利桑那州立大學(xué)（ASU）科學(xué)家與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心（NCNST）的研究人員合作，成功編程納米機(jī)器人，通過(guò)切斷血液來(lái)縮小腫瘤，納米醫(yī)學(xué)取得了重大進(jìn)展。供應(yīng)。

“我們開(kāi)發(fā)了第一個(gè)完全自主的DNA機(jī)器人系統(tǒng)，用于非常精確的藥物設(shè)計(jì)和靶向癌癥治療，”ASU生物設(shè)計(jì)研究所分子設(shè)計(jì)和仿生學(xué)中心主任，分子學(xué)院Milton Glick教授郝巖說(shuō)?？茖W(xué)。

“此外，這項(xiàng)技術(shù)是一種可用于多種癌癥的策略，因?yàn)樗袑?shí)體瘤供血血管基本相同，”Yan說(shuō)。

該技術(shù)的成功演示，是利用乳腺癌，黑色素瘤，卵巢癌和肺癌小鼠模型進(jìn)行的首次哺乳動(dòng)物研究，發(fā)表在Nature Biotechnology雜志上。

尋找和摧毀

Yan是DNA折紙領(lǐng)域的專(zhuān)家，在過(guò)去的二十年里，他開(kāi)發(fā)了原子級(jí)制造，以構(gòu)建越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

構(gòu)建結(jié)構(gòu)的磚塊來(lái)自DNA，它可以自我折疊成各種形狀和大小 - 比人類(lèi)頭發(fā)的寬度小一千倍 - 希望有朝一日能夠徹底改變計(jì)算機(jī)，電子產(chǎn)品和醫(yī)學(xué)。

有一天可能比預(yù)期的要快一點(diǎn)。

納米醫(yī)學(xué)是一個(gè)新的醫(yī)學(xué)分支，旨在結(jié)合納米技術(shù)的前景，開(kāi)辟全新的治療途徑，例如制造微小的分子大小的納米粒子來(lái)診斷和治療難治性疾病，尤其是癌癥。

到目前為止，推進(jìn)納米醫(yī)學(xué)的挑戰(zhàn)一直很困難，因?yàn)榭茖W(xué)家們想要設(shè)計(jì)，建造和精心控制納米機(jī)器人，以積極尋找和摧毀癌癥腫瘤 - 同時(shí)不傷害任何健康細(xì)胞。

國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用看似簡(jiǎn)單的策略來(lái)非常有選擇地尋找和挨餓腫瘤來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。

這項(xiàng)工作大約在5年前開(kāi)始。NCNST研究人員首先希望通過(guò)使用基于DNA的納米載體在多個(gè)實(shí)體瘤中誘導(dǎo)具有高治療效率和安全性的血液凝固來(lái)特異性地切斷腫瘤血液供應(yīng)。郝妍教授的專(zhuān)業(yè)知識(shí)將納米醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)升級(jí)為完全可編程的機(jī)器人系統(tǒng)，能夠完全獨(dú)立完成任務(wù)。

“這些納米機(jī)器人可以被編程以傳輸分子有效載荷并導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)腫瘤血液供應(yīng)阻塞，這可能導(dǎo)致組織死亡并使腫瘤縮小，”位于中國(guó)北京的NCNST教授丁寶泉說(shuō)。

Nanorobots救援

為了進(jìn)行他們的研究，科學(xué)家們利用了一個(gè)眾所周知的小鼠腫瘤模型，將人類(lèi)癌細(xì)胞注入小鼠體內(nèi)，誘導(dǎo)腫瘤生長(zhǎng)。

一旦腫瘤生長(zhǎng)，就會(huì)部署納米機(jī)器人來(lái)救援。

每個(gè)納米機(jī)器人都是由平面的矩形DNA折紙板制成，尺寸為90納米×60納米。一種稱(chēng)為凝血酶的關(guān)鍵血液凝固酶附著在表面上。

凝血酶可通過(guò)凝固血管內(nèi)的血液來(lái)阻斷腫瘤血流，從而引起腫瘤生長(zhǎng)，導(dǎo)致一種腫瘤微小心臟病發(fā)作，并導(dǎo)致腫瘤組織死亡。

首先，平均四個(gè)凝血酶分子附著在扁平DNA支架上。接下來(lái)，將平板像紙張一樣折疊成圓形以制成中空管。

他們向小鼠注射靜脈注射，然后在整個(gè)血液中移動(dòng)，在腫瘤上進(jìn)行歸巢。

編程僅攻擊癌細(xì)胞的納米機(jī)器人的關(guān)鍵是在其表面包括一種稱(chēng)為DNA適體的特殊有效負(fù)載。DNA適體可以特異性地靶向稱(chēng)為核仁蛋白的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)僅在腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的表面上大量制備 - 并且在健康細(xì)胞的表面上未發(fā)現(xiàn)。

一旦與腫瘤血管表面結(jié)合，納米機(jī)器人就像臭名昭著的特洛伊木馬一樣被編程，在腫瘤的心臟部位運(yùn)送其毫無(wú)防備的藥物，暴露出一種凝血酶，這是血液凝固的關(guān)鍵。

納米機(jī)器人工作速度快，大量聚集，在注射后數(shù)小時(shí)迅速包圍腫瘤。

安全可靠的設(shè)計(jì)

首先，該團(tuán)隊(duì)表明納米機(jī)器人在縮小腫瘤方面是安全有效的。

“納米機(jī)器人在正常小鼠中使用時(shí)被證明是安全的和免疫學(xué)惰性的，并且在巴馬小型豬中也顯示出正常血液凝固或細(xì)胞形態(tài)沒(méi)有可檢測(cè)到的變化，”NCNST教授兼首席科學(xué)家趙玉良說(shuō)。國(guó)際協(xié)作團(tuán)隊(duì)。

最重要的是，沒(méi)有證據(jù)表明納米機(jī)器人會(huì)擴(kuò)散到大腦中，從而導(dǎo)致不必要的副作用，例如中風(fēng)。

“納米機(jī)器人在小鼠和大型動(dòng)物的正常組織中絕對(duì)安全，”NCNST的另一位教授，協(xié)作團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵成員倪光軍說(shuō)。

該治療在24小時(shí)內(nèi)阻止腫瘤血液供應(yīng)并產(chǎn)生腫瘤組織損傷，同時(shí)對(duì)健康組織沒(méi)有影響。在攻擊腫瘤后，大多數(shù)納米機(jī)器人在24小時(shí)后被清除并從體內(nèi)降解。

兩天后，有證據(jù)表明血栓形成晚期，并且在3天內(nèi)觀察到所有腫瘤血管中的血栓。

關(guān)鍵是只有當(dāng)它在腫瘤血管內(nèi)時(shí)觸發(fā)凝血酶。此外，在黑素瘤小鼠模型中，接受納米機(jī)器人治療的8只小鼠中有3只顯示腫瘤完全消退。中位生存時(shí)間增加一倍以上，從20.5天延長(zhǎng)至45天。

他們還在對(duì)原發(fā)性小鼠肺癌模型的測(cè)試中嘗試了他們的系統(tǒng)，該模型模擬了肺癌患者的人類(lèi)臨床過(guò)程。他們?cè)谥委?周后顯示腫瘤組織收縮。

非常小的科學(xué)變得很大

對(duì)于Yan來(lái)說(shuō)，重要的研究里程碑代表了納米醫(yī)學(xué)開(kāi)始的結(jié)束。

“凝血酶遞送DNA納米機(jī)器人是DNA納米技術(shù)在癌癥治療中應(yīng)用的重大進(jìn)步，”Yan說(shuō)?！霸诤谏亓鲂∈竽Ｐ椭?，納米機(jī)器人不僅影響了原發(fā)腫瘤，而且還阻止了轉(zhuǎn)移的形成，顯示出有希望的治療潛力?！?/p>

Yan和他的合作者正在積極尋求臨床合作伙伴，以進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)。

“我認(rèn)為我們更接近該技術(shù)的實(shí)際醫(yī)學(xué)應(yīng)用，”嚴(yán)說(shuō)?！安煌侠碓O(shè)計(jì)的攜帶各種藥劑的納米機(jī)器人的組合可能有助于實(shí)現(xiàn)癌癥研究的最終目標(biāo)：根除實(shí)體瘤和血管化轉(zhuǎn)移灶。此外，目前的策略可以作為藥物輸送平臺(tái)開(kāi)發(fā)，通過(guò)修改納米結(jié)構(gòu)，靶向基團(tuán)和裝載貨物的幾何形狀來(lái)治療其他疾病。