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)
編程僅攻擊癌細胞的納米機器人的關(guān)鍵是在其表面包括一種稱為DNA適體的特殊有效負載。DNA適體可以特異性地靶向一種稱為核仁蛋白的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)僅在腫瘤內(nèi)皮細胞表面上大量產(chǎn)生 - 而不是在健康細胞表面發(fā)現(xiàn)。
亞利桑那州立大學(xué)（ASU）科學(xué)家與中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心（NCNST）的研究人員合作，成功編程納米機器人，通過切斷血液來縮小腫瘤，納米醫(yī)學(xué)取得了重大進展。供應(yīng)。
“我們開發(fā)了第一個完全自主的DNA機器人系統(tǒng)，用于非常精確的藥物設(shè)計和靶向癌癥治療，”ASU生物設(shè)計研究所分子設(shè)計和仿生學(xué)中心主任，分子學(xué)院Milton Glick教授郝巖說?？茖W(xué)。
“此外，這項技術(shù)是一種可用于多種癌癥的策略，因為所有實體瘤供血血管基本相同，”Yan說。
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行的首次哺乳動物研究，發(fā)表在Nature Biotechnology雜志上。
尋找和摧毀
Yan是DNA折紙領(lǐng)域的專家，在過去的二十年里，他開發(fā)了原子級制造，以構(gòu)建越來越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
構(gòu)建結(jié)構(gòu)的磚塊來自DNA，它可以自我折疊成各種形狀和大小 - 比人類頭發(fā)的寬度小一千倍 - 希望有朝一日能夠徹底改變計算機，電子產(chǎn)品和醫(yī)學(xué)。
有一天可能比預(yù)期的要快一點。
納米醫(yī)學(xué)是一個新的醫(yī)學(xué)分支，旨在結(jié)合納米技術(shù)的前景，開辟全新的治療途徑，例如制造微小的分子大小的納米粒子來診斷和治療難治性疾病，尤其是癌癥。
到目前為止，推進納米醫(yī)學(xué)的挑戰(zhàn)一直很困難，因為科學(xué)家們想要設(shè)計，建造和精心控制納米機器人，以積極尋找和摧毀癌癥腫瘤 - 同時不傷害任何健康細胞。
國際研究團隊通過使用看似簡單的策略來非常有選擇地尋找和挨餓腫瘤來克服這個問題。
這項工作大約在5年前開始。NCNST研究人員首先希望通過使用基于DNA的納米載體在多個實體瘤中誘導(dǎo)具有高治療效率和安全性的血液凝固來特異性地切斷腫瘤血液供應(yīng)。郝妍教授的專業(yè)知識將納米醫(yī)學(xué)設(shè)計升級為完全可編程的機器人系統(tǒng)，能夠完全獨立完成任務(wù)。
“這些納米機器人可以被編程以傳輸分子有效載荷并導(dǎo)致現(xiàn)場腫瘤血液供應(yīng)阻塞，這可能導(dǎo)致組織死亡并使腫瘤縮小，”位于中國北京的NCNST教授丁寶泉說。
Nanorobots救援
為了進行他們的研究，科學(xué)家們利用了一個眾所周知的小鼠腫瘤模型，將人類癌細胞注入小鼠體內(nèi)，誘導(dǎo)腫瘤生長。
一旦腫瘤生長，就會部署納米機器人來救援。
每個納米機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。
凝血酶可通過凝固血管內(nèi)的血液來阻斷腫瘤血流，從而引起腫瘤生長，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，平均四個凝血酶分子附著在扁平DNA支架上。接下來，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，然后在整個血液中移動，在腫瘤上進行歸巢。
編程僅攻擊癌細胞的納米機器人的關(guān)鍵是在其表面包括一種稱為DNA適體的特殊有效負載。DNA適體可以特異性地靶向稱為核仁蛋白的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)僅在腫瘤內(nèi)皮細胞的表面上大量制備 - 并且在健康細胞的表面上未發(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送其毫無防備的藥物，暴露出一種凝血酶，這是血液凝固的關(guān)鍵。
納米機器人工作速度快，大量聚集，在注射后數(shù)小時迅速包圍腫瘤。
安全可靠的設(shè)計
首先，該團隊表明納米機器人在縮小腫瘤方面是安全有效的。
“納米機器人在正常小鼠中使用時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胞形態(tài)沒有可檢測到的變化，”NCNST教授兼首席科學(xué)家趙玉良說。國際協(xié)作團隊。
最重要的是，沒有證據(jù)表明納米機器人會擴散到大腦中，從而導(dǎo)致不必要的副作用，例如中風(fēng)。
“納米機器人在小鼠和大型動物的正常組織中絕對安全，”NCNST的另一位教授，協(xié)作團隊的關(guān)鍵成員倪光軍說。
該治療在24小時內(nèi)阻止腫瘤血液供應(yīng)并產(chǎn)生腫瘤組織損傷，同時對健康組織沒有影響。在攻擊腫瘤后，大多數(shù)納米機器人在24小時后被清除并從體內(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)時觸發(fā)凝血酶。此外，在黑素瘤小鼠模型中，接受納米機器人治療的8只小鼠中有3只顯示腫瘤完全消退。中位生存時間增加一倍以上，從20.5天延長至45天。
他們還在對原發(fā)性小鼠肺癌模型的測試中嘗試了他們的系統(tǒng)，該模型模擬了肺癌患者的人類臨床過程。他們在治療2周后顯示腫瘤組織收縮。
非常小的科學(xué)變得很大
對于Yan來說，重要的研究里程碑代表了納米醫(yī)學(xué)開始的結(jié)束。
“凝血酶遞送DNA納米機器人是DNA納米技術(shù)在癌癥治療中應(yīng)用的重大進步，”Yan說?！霸诤谏亓鲂∈竽Ｐ椭?，納米機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，以進一步發(fā)展這項技術(shù)。
“我認為我們更接近該技術(shù)的實際醫(yī)學(xué)應(yīng)用，”嚴說?！安煌侠碓O(shè)計的攜帶各種藥劑的納米機器人的組合可能有助于實現(xiàn)癌癥研究的最終目標：根除實體瘤和血管化轉(zhuǎn)移灶。此外，目前的策略可以作為藥物輸送平臺開發(fā)，通過修改納米結(jié)構(gòu)，靶向基團和裝載貨物的幾何形狀來治療其他疾病。
