發(fā)布日期：2018-03-02
近期的《自然·生物技術(shù)》上，中科院國家納米科學(xué)中心和亞利桑那州立大學(xué)（ASU）華人科學(xué)家團隊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，在動物實驗中體現(xiàn)了良好的療效和安全性[1]！
癌細胞啊，實在是人體內(nèi)打不死的甄嬛，啊不，小強。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，就拿放化療來說，放射線和化療藥同樣會對正常組織細胞造成損傷，殺敵一千自損八百，可并不是多么劃算。
不過，有句廣告詞改改就可以套到癌細胞頭上：它們不生產(chǎn)營養(yǎng)物質(zhì)，只是營養(yǎng)物質(zhì)的搬運工，而給癌細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)實體腫瘤的血管，從而餓死癌細胞，一直是科學(xué)家們努力的方向，舉個例子，肝癌治療中常用的動脈栓塞化療（TACE），就是沖著給腫瘤供血的肝動脈去的，但這種方法同樣面臨精確度不夠、副作用不小的問題。
那該怎么辦？從5年前開始，趙宇亮院士和丁寶全、聶廣軍兩位研究員帶領(lǐng)的中科院國家納米科學(xué)中心團隊決定嘗試誘導(dǎo)血栓形成的策略。雖然多數(shù)時候，血栓對人體是敵非友，比如冠心病的血管病變過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器人，是由DNA折紙（DNA Origami）技術(shù)搭出來的，這也是論文通訊作者之一，ASU教授顏灝的專長。每個納米機器人由一個扁平的矩形DNA折紙板（origami sheet）制成，板上搭載四個凝血酶分子，然后卷成空心管，將凝血酶分子包裹在管內(nèi)，防止凝血酶在到達腫瘤血管前就暴露目標。最終成型的機器人，大小只有90x60x2nm。
納米機器人就是這么被“折”出來的，想了解更多DNA納米技術(shù)，可以參考上文的《自然》四連
有讀者肯定會問，這樣的機器人怎么就能智能定位腫瘤血管，而不會濫殺無辜呢？科學(xué)家們當(dāng)然也想到了這一點。在DNA納米機器人的外側(cè)，還搭載了多條叫做固定鏈（Fastener Strand）的DNA片段，它們的任務(wù)是特異性識別并結(jié)合只在腫瘤血管內(nèi)皮細胞上高表達的核仁素（nucleolin）[2]，給納米機器人發(fā)動的攻擊指引目標。
納米機器人被注射進體內(nèi)后，只要發(fā)現(xiàn)目標，就會自動展開，釋放出搭載的凝血酶，然后凝血酶就會召集來血小板、纖維蛋白原這些幫手，幾個小時內(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了。
說得天花亂墜，但效果還要看實戰(zhàn)。研究團隊選擇了黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌和肺癌四種癌癥進行了動物實驗，納米機器人的確不負眾望，在治療黑色素瘤模型小鼠時，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，同時沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶！對腫瘤血管相對較少的卵巢癌、肺癌和乳腺癌，納米機器人的注射也有效抑制了腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。
那么這種治療的安全性呢？由于機器人以DNA分子為原料制成，對免疫系統(tǒng)而言不屬于病原體，因此小鼠實驗中沒有引發(fā)明顯的炎癥反應(yīng)，研究團隊在與人體解剖和生理特性相似的巴馬小型豬模型上進行的進一步實驗也表明，注射機器人后，模型豬沒有發(fā)生血栓形成導(dǎo)致的不良反應(yīng)，凝血相關(guān)的檢查指標也沒有明顯變化，“絕對安全”。
就這樣一個平臺，卻完全可以繼續(xù)千變?nèi)f化，改造出專門針對不同疾病的納米級藥物
顏灝教授表示：“我們設(shè)計出了全世界首個完全自主的精確給藥、靶向治療DNA機器人系統(tǒng)，這是DNA納米技術(shù)在癌癥治療領(lǐng)域的一大進步，我認為這項技術(shù)已經(jīng)非常接近投入實際應(yīng)用了。用專門設(shè)計的納米機器人搭載著各種不同藥物，有望實現(xiàn)徹底清除實體腫瘤及血管豐富的轉(zhuǎn)移灶，這就實現(xiàn)了癌癥治療的終極目標。而且，這種機器人治療策略還可以作為一個平臺，投入其他疾病的治療當(dāng)中。”目前研究團隊已經(jīng)在尋找合作伙伴，轉(zhuǎn)化這一實驗室成果[3]。
業(yè)內(nèi)人士對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，雖然從動物實驗到人體臨床成功仍然相差甚遠，但真正的突破之處在于這種機器人平臺模式，稍加改動就有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。
聽說，DNA折疊技術(shù)折出來的東西，還和細胞特別有親和力，連耐藥的癌細胞都喜歡[5]，所以這會奇點糕的腦海里，已經(jīng)是幻想著納米機器人搭載著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.
來源：奇點網(wǎng)
