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來自美國和中國的科學(xué)家團(tuán)隊創(chuàng)建了可編程的DNA折疊納米機(jī)器人，可以通過阻止腫瘤的血液供應(yīng)來尋找和縮小腫瘤。攜帶乳腺癌，黑色素瘤，卵巢癌和肺癌的小鼠的檢測結(jié)果揭示了DNA納米機(jī)器人是如何駐扎在癌癥供血血管并誘導(dǎo)形成xue塊的，這有效地阻斷了腫瘤的氧氣和營養(yǎng)物的生命線。在阻斷血流后出現(xiàn)腫瘤組織發(fā)育不良，腫瘤縮小和抑制轉(zhuǎn)移。使用納米機(jī)器人注射治療的動物存活時間更長，并且在一些情況下表現(xiàn)出*的腫瘤消退。關(guān)鍵是，納米機(jī)器人是十分安全的，并且在正常小鼠和豬中進(jìn)行測試時并沒有引發(fā)免疫反應(yīng)。
“我們?yōu)榉浅５乃幬镌O(shè)計和靶向癌癥治療開發(fā)了*個*自主的DNA機(jī)器人系統(tǒng)，”亞利桑那州立大學(xué)（ASU）生物設(shè)計研究所分子設(shè)計和仿生學(xué)中心主任Hao Yan博士和分子科學(xué)學(xué)院的Milton Glick教授說道。 “此外，這項技術(shù)是一種可用于多種類型癌癥的策略，因為所有固體腫瘤供血血管基本相同”。
凝血酶功能化DNA納米機(jī)器人構(gòu)建過程
Hao博士的實驗室與中國北京國家納米科學(xué)與技術(shù)中心（NCNST）的Zhao Yuliang博士和Ding Baoquan博士共同研究團(tuán)隊合作，其研究結(jié)發(fā)表在Nature Biotechnology上。
作者解釋說，通過選擇性地切斷其血液供應(yīng)來使腫瘤死亡是一種有吸引力的抗癌策略。例如，使用閉塞血管的方法可以在幾個小時內(nèi)起效，并且也適用于幾乎任何類型的腫瘤。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，Hao教授團(tuán)隊將DNA折疊作為開發(fā)基于自組裝納米管的DNA納米機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該自組裝納米管可以將凝血蛋白酶凝血酶特異性地遞送至腫瘤，并且基本上導(dǎo)致腫瘤供血中的血栓形成血管，但不影響健康組織中的脈管系統(tǒng)。
DNA納米機(jī)器人工作過程
該項目是在5年前開始的，當(dāng)時NCNST的研究人員首先通過使用基于DNA的納米載體誘導(dǎo)血液凝固來切斷腫瘤血液供應(yīng)。Hao教授在DNA折疊技術(shù)方面的長期專業(yè)知識使納米醫(yī)學(xué)概念升級為*可編程的機(jī)器人系統(tǒng)。 “這些納米機(jī)器人可以通過編程來傳輸分子有效載荷，并導(dǎo)致現(xiàn)場腫瘤血液供應(yīng)受阻，從而導(dǎo)致組織死亡和腫瘤縮小，”Ding教授指出。
每個納米機(jī)器人都是由一個扁平的矩形DNA折疊制成，面積僅為90 nm×60 nm，厚度僅為2 nm。將四個凝血酶分子連接到折紙板表面，然后將其卷成空心管，內(nèi)部保護(hù)凝血酶分子。管結(jié)構(gòu)通過緊固件鏈保持在一起，所述緊固件鏈包括設(shè)計用于核素的DNA適體分子，所述核仁素是在腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞上特異性表達(dá)的蛋白質(zhì)。zui終的構(gòu)建是空心的管狀DNA納米機(jī)器人，其直徑約為19納米，長度約為90納米。
科學(xué)家們假設(shè)，DNA納米機(jī)器人上的適體分子會識別并結(jié)合其腫瘤血管上的核素靶標(biāo)，從而觸發(fā)緊固帶彈開。這將允許納米機(jī)器人回彈到其原始形狀，并將血管暴露于凝血酶，導(dǎo)致血栓形成的發(fā)生。
腫瘤小鼠經(jīng)過包括DNA納米機(jī)器人在內(nèi)的8種治療的對照試驗結(jié)果
研究人員接下來在小鼠模型體內(nèi)評估了的納米機(jī)器人的治療療效。熒光成像研究表明納米機(jī)器人在實驗小鼠攜帶的乳腺腫瘤中累積并且結(jié)合腫瘤血管內(nèi)皮。進(jìn)一步分析表明，納米機(jī)器人給藥在24小時內(nèi)導(dǎo)致腫瘤血管閉塞; 48小時后出現(xiàn)晚期血栓形成，72小時內(nèi)所有腫瘤血管均可見致密的血栓。令人鼓舞的是，沒有證據(jù)顯示任何動物的主要器官出現(xiàn)異常血栓，“證實血栓形成對腫瘤血管系統(tǒng)具備特異性，”作者說。
Hao教授說，合理設(shè)計的納米機(jī)器人攜帶各種藥物的組合可能有助于實現(xiàn)癌癥研究的*目標(biāo)：*實體瘤和血管化轉(zhuǎn)移瘤。 此外，目前的策略可能被開發(fā)成一種藥物輸送平臺，通過修改納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，靶向組和負(fù)載的貨物來治療其他疾病。（轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)）
參考文獻(xiàn)
Suping Li, Qiao Jiang, Shaoli Liu, Yinlong Zhang, Hao Yan, Baoquan Ding,Yuliang Zhao. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo.
13916499749
