發(fā)布日期：2018-03-02
近期的《自然·生物技術(shù)》上，中科院國(guó)家納米科學(xué)中心和亞利桑那州立大學(xué)（ASU）華人科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的成果讓人眼前一亮：科學(xué)家們用DNA折紙技術(shù)制造出了世界上第一種智能抗癌的納米機(jī)器人，它們可以在人體內(nèi)自行找到給腫瘤供血的血管，隨后釋放藥物制造血栓阻塞血管，從而“餓死”腫瘤，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)了良好的療效和安全性[1]！
癌細(xì)胞啊，實(shí)在是人體內(nèi)打不死的甄嬛，啊不，小強(qiáng)。放療、化療、手術(shù)、加上最新潮的免疫治療，醫(yī)生們?yōu)榱丝箵舭┌Y可謂是十八般武藝盡出，但這些治療方法往往有著明顯的副作用，就拿放化療來(lái)說(shuō)，放射線和化療藥同樣會(huì)對(duì)正常組織細(xì)胞造成損傷，殺敵一千自損八百，可并不是多么劃算。
不過(guò)，有句廣告詞改改就可以套到癌細(xì)胞頭上：它們不生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，只是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的搬運(yùn)工，而給癌細(xì)胞的瘋狂增殖供血供氧供能量的，自然是血管了。阻斷供應(yīng)實(shí)體腫瘤的血管，從而餓死癌細(xì)胞，一直是科學(xué)家們努力的方向，舉個(gè)例子，肝癌治療中常用的動(dòng)脈栓塞化療（TACE），就是沖著給腫瘤供血的肝動(dòng)脈去的，但這種方法同樣面臨精確度不夠、副作用不小的問(wèn)題。
那該怎么辦？從5年前開(kāi)始，趙宇亮院士和丁寶全、聶廣軍兩位研究員帶領(lǐng)的中科院國(guó)家納米科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)決定嘗試誘導(dǎo)血栓形成的策略。雖然多數(shù)時(shí)候，血栓對(duì)人體是敵非友，比如冠心病的血管病變過(guò)程就和血栓脫不了關(guān)系，但把腫瘤的后勤供應(yīng)堵死，肯定好處大大的。然而，治療肯定不能單純把凝血酶注射進(jìn)體內(nèi)就算完，不然一旦出現(xiàn)彌漫性血管內(nèi)凝血（DIC）……哈利路亞。
本次研究的四位通訊作者：聶廣軍、顏灝、丁寶全和趙宇亮
本次研究中的新銳機(jī)器人，是由DNA折紙（DNA Origami）技術(shù)搭出來(lái)的，這也是論文通訊作者之一，ASU教授顏灝的專長(zhǎng)。每個(gè)納米機(jī)器人由一個(gè)扁平的矩形DNA折紙板（origami sheet）制成，板上搭載四個(gè)凝血酶分子，然后卷成空心管，將凝血酶分子包裹在管內(nèi)，防止凝血酶在到達(dá)腫瘤血管前就暴露目標(biāo)。最終成型的機(jī)器人，大小只有90x60x2nm。
納米機(jī)器人就是這么被“折”出來(lái)的，想了解更多DNA納米技術(shù)，可以參考上文的《自然》四連
有讀者肯定會(huì)問(wèn)，這樣的機(jī)器人怎么就能智能定位腫瘤血管，而不會(huì)濫殺無(wú)辜呢？科學(xué)家們當(dāng)然也想到了這一點(diǎn)。在DNA納米機(jī)器人的外側(cè)，還搭載了多條叫做固定鏈（Fastener Strand）的DNA片段，它們的任務(wù)是特異性識(shí)別并結(jié)合只在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞上高表達(dá)的核仁素（nucleolin）[2]，給納米機(jī)器人發(fā)動(dòng)的攻擊指引目標(biāo)。
納米機(jī)器人被注射進(jìn)體內(nèi)后，只要發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，就會(huì)自動(dòng)展開(kāi)，釋放出搭載的凝血酶，然后凝血酶就會(huì)召集來(lái)血小板、纖維蛋白原這些幫手，幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就足以形成把血管阻斷的巨大血栓，而斷了糧的腫瘤組織，就只有缺血壞死的下場(chǎng)了。
說(shuō)得天花亂墜，但效果還要看實(shí)戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)選擇了黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌和肺癌四種癌癥進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，納米機(jī)器人的確不負(fù)眾望，在治療黑色素瘤模型小鼠時(shí)，8只小鼠中的3只腫瘤完全消失，小鼠整體的中位生存期從20.5天翻倍到45天，同時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶！對(duì)腫瘤血管相對(duì)較少的卵巢癌、肺癌和乳腺癌，納米機(jī)器人的注射也有效抑制了腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。
那么這種治療的安全性呢？由于機(jī)器人以DNA分子為原料制成，對(duì)免疫系統(tǒng)而言不屬于病原體，因此小鼠實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有引發(fā)明顯的炎癥反應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)在與人體解剖和生理特性相似的巴馬小型豬模型上進(jìn)行的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)也表明，注射機(jī)器人后，模型豬沒(méi)有發(fā)生血栓形成導(dǎo)致的不良反應(yīng)，凝血相關(guān)的檢查指標(biāo)也沒(méi)有明顯變化，“絕對(duì)安全”。
就這樣一個(gè)平臺(tái)，卻完全可以繼續(xù)千變?nèi)f化，改造出專門針對(duì)不同疾病的納米級(jí)藥物
顏灝教授表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)出了全世界首個(gè)完全自主的精確給藥、靶向治療DNA機(jī)器人系統(tǒng)，這是DNA納米技術(shù)在癌癥治療領(lǐng)域的一大進(jìn)步，我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)非常接近投入實(shí)際應(yīng)用了。用專門設(shè)計(jì)的納米機(jī)器人搭載著各種不同藥物，有望實(shí)現(xiàn)徹底清除實(shí)體腫瘤及血管豐富的轉(zhuǎn)移灶，這就實(shí)現(xiàn)了癌癥治療的終極目標(biāo)。而且，這種機(jī)器人治療策略還可以作為一個(gè)平臺(tái)，投入其他疾病的治療當(dāng)中。”目前研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在尋找合作伙伴，轉(zhuǎn)化這一實(shí)驗(yàn)室成果[3]。
業(yè)內(nèi)人士對(duì)這一研究也不吝惜溢美之詞，田納西大學(xué)的生物工程學(xué)專家Scott Lenaghan就表示，這相當(dāng)于拿下了抗癌事業(yè)的“圣杯”?？的螤柎髮W(xué)的Mauro Ferrari教授則表示，雖然從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到人體臨床成功仍然相差甚遠(yuǎn)，但真正的突破之處在于這種機(jī)器人平臺(tái)模式，稍加改動(dòng)就有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。
聽(tīng)說(shuō)，DNA折疊技術(shù)折出來(lái)的東西，還和細(xì)胞特別有親和力，連耐藥的癌細(xì)胞都喜歡[5]，所以這會(huì)奇點(diǎn)糕的腦海里，已經(jīng)是幻想著納米機(jī)器人搭載著Keytruda、Opdivo這些風(fēng)風(fēng)光光的抗癌神藥，甚至是CAR-T細(xì)胞，把癌癥大魔王殺得丟盔棄甲的畫面了……不要打醒，謝謝。
參考資料：
1.Li S, Jiang Q, Liu S, et al. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo[J]. Nature Biotechnology, 2018.
2.Huang Y, Shi H, Zhou H, et al. The angiogenic function of nucleolin is mediated by vascular endothelial growth factor and nonmuscle myosin[J]. Blood, 2006, 107（9）： 3564-3571.
3.https://asunow.asu.edu/20180212-discoveries-cancer-fighting-nanorobots-seek-and-destroy-tumors
4.https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/51717/title/DNA-Robots-Target-Cancer/
5.Jiang Q, Song C, Nangreave J, et al. DNA origami as a carrier for circumvention of drug resistance[J]. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134（32）： 13396-13403.
來(lái)源：奇點(diǎn)網(wǎng)
