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做实验,得iPhone!

Nature子刊:DNA纳米机器人精准靶向癌症

2018/02/22 来源:生物探索
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导读
我们目前对抗恶性肿瘤的方法还远远不够,常见的化疗和放射治疗有时很成功,但也会带来巨大的副作用。这主要是因为体内的健康细胞也会被“连累”受到化学物质和辐射的“轰击”。研究人员一直在努力寻找一种靶向肿瘤且不伤害健康细胞的方法。而2月12日《Nature Biotechnology》杂志上发表的一项研究表明,由DNA折纸技术制造的纳米机器人可能是一个很好的选择。


DNA折纸是什么?与传统折纸所选用材料不同,DNA折纸技术采用DNA链进行折叠。DNA折纸术是近年来提出的一种全新的DNA自组装的方法,是DNA纳米技术与DNA自组装领域的一个重大进展。

此前已有研究证明,使用生物相容的、可降解的、基于DNA的生物机器人来治疗癌症是可行的。该研究共同作者、亚利桑那州立大学的颜颢(Hao Yan)表示,研究团队的初衷就是“找到可以应用于人类癌症治疗的纳米机器人的设计方法”。

Yan和同事首先制作了一个自组装的矩形DNA折纸,并和凝血酶结合起来。然后,使用DNA紧固件连接长方形的长边,形成管状纳米机器人,内部带有凝血酶。他们设计了一种能将核蛋白(一种特定于肿瘤血管细胞表面的蛋白质)结合在一起的方法。这些纳米机器人可以通过编程来传输分子载荷,并导致肿瘤血液供应堵塞,从而导致组织死亡和肿瘤缩小。


亚利桑那州立大学的科学家编程DNA(以绿色显示)寻找肿瘤细胞。 在这些纳米机器人内部,科学家植入了凝血酶(紫色)以阻止血液流向肿瘤。


一旦进入血管(显示为红色管)“喂食”肿瘤,纳米机器人就会打开(看起来平坦呈灰色)以释放凝血酶(紫色),其刺激血小板和凝血剂(红色和黄色)以阻断血管(血管末端显示血块),并切断肿瘤的供应。

接下来,为了测试DNA纳米机器人,研究人员将它们注射到感染了人类乳腺癌、卵巢癌、黑素瘤和肺癌的小鼠模型中。这些机器人抓住肿瘤部位的血管细胞,并在48小时内在肿瘤血管内引起大量血凝结,且不会引起体内其他部位凝血。结果与对照小鼠相比,DNA纳米机器人延长了小鼠的寿命,减缓或逆转了肿瘤的生长。此外,在黑色素瘤的小鼠模型中,DNA纳米机器人似乎能够阻止黑色素瘤扩散到肝脏;肺癌小鼠模型中,肿瘤生长减缓时,肺部甚至显示出开始自我修复的能力。

“我们开发了第一个完全自主的DNA机器人系统,用于非常精准的药物设计和靶向癌症治疗。”Yan博士说:“凝血酶传递DNA纳米机器人是DNA纳米技术在癌症治疗中的一个重要进展。”

当然,如果纳米机器人本身对人类构成威胁,其治疗肿瘤的能力就无从谈起。研究人员发现,这些机器人并没有在肿瘤外凝结血液,也没有在小鼠或猪身上触发任何明显的免疫反应。

休斯敦卫理公会医院和威尔康奈尔医学院的生物医学工程师Mauro Ferrari评价道,“从小鼠模型到人类是一个巨大的工程。目前尚不清楚靶向核蛋白和递送凝血酶是否具有临床意义。但突破性性的是,这是一个平台,研究人员可以用类似的方法做其他研究,这方面意义深远。”

虽然这些DNA纳米机器人仍处于实验阶段,还没有在人类身上进行测试,但它们显示出了治疗癌症的巨大潜力。“我们的研究表明,基于DNA的纳米载体已经被证明是一种有效的、安全的癌症治疗方法。”项目的研究人员之一Guangjun Nie表示, “我们目前正在与一家生物技术公司合作,将这种革命性技术转化为一种可行的抗肿瘤治疗方法。”

参考资料

Researchers use nanorobots to kill tumors in mice

Cancer-Fighting Nanorobots Programmed To Shrink Tumors

DNA Robots Target Cancer

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