Nat Biotechnol：我國科學家利用DNA納米機器人在體內高效靶向癌症

在一項新的研究中，來自中國科學院國家納米科學中心的研究人員發現他們開發出的DNA納米機器人能夠在血液中運行，發現腫瘤，並且遞送一種導致血液凝結的蛋白，從而導致小鼠中的癌細胞死亡。相關研究結果於2018年2月12日在線發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo」。論文通信作者為國家納米科學中心副主任、中科院納米生物效應與安全性重點實驗室主任趙宇亮（Yuliang Zhao）教授；國家納米科學中心研究員丁寶全（Baoquan Ding）教授；國家納米科學中心研究員聶廣軍（Guangjun Nie）教授；美國亞利桑那州立大學的Hao Yan。論文第一作者為國家納米科學中心的Suping Li、Qiao Jiang、Shaoli Liu和Yinlong Zhang。

DNA納米機器人設計，凝血酶用粉紅色表示，核仁蛋白用藍色表示。圖片來自Suping Li et al., Nature Biotechnology, 2018。

加拿大圭爾夫大學生物工程師Suresh Neethirajan（未參與這項研究）說，這些作者「證實對利用生物相容性的、可生物降解的和基於DNA的生物納米機器人進行癌症治療而言，進行部位特異性的藥物遞送確實是有可能的。這涉及診斷癌症表面上的生物標誌物，並且一旦識別到它們，就遞送特定的藥物來治療這種癌症。」

Yan在發給《科學家》雜誌的一封電子郵件中寫道，這些作者們的首要目標是「找到一種設計能夠用於人類癌症治療的納米機器人的途徑。」

這些作者首次構建出一種自組裝的長方形DNA摺紙片（DNA-origami sheet），並將導致血液凝固的凝血酶連接到這種DNA摺紙片上。隨後，他們將DNA緊固件（DNA fastener）連接到這種長方形DNA摺紙片的長邊上，從而形成一種內表面上攜帶著凝血酶的管狀納米機器人。當這些作者們設計的DNA緊固件結合到核仁蛋白（腫瘤血管細胞表面上存在的一種特異性的蛋白）上時，它們就會脫落下來。這就使得這種管狀納米機器人打開，從而暴露它攜帶的貨物。

這些作者接下來將這些納米機器人靜脈注射到攜帶著人類乳腺癌腫瘤的裸鼠體內。這些納米機器人抓住腫瘤部位上的血管細胞，並在48小時內導致大量的血凝塊產生，但不會導致這些小鼠的其他部位發生血液凝結。與對照小鼠相比，這些血凝塊導致腫瘤細胞壞死，並且導致更小的腫瘤和更好的存活機會。他們還發現在黑色素瘤小鼠模型和人卵巢癌細胞異種移植的小鼠中，這種納米機器人治療會提高存活率，並導致更小的腫瘤。

美國田納西大學的Scott Lenaghan（未參與這項研究）說，這些作者們「正在研究與腫瘤細胞的特異性結合，這基本上癌症治療的最高目標」。他說，下一步就是在宿主有機體中研究任何損傷（如未檢測到的血凝塊或免疫系統反應），以及確定凝血酶在腫瘤部位中的實際遞送量。

這些作者在這項研究中證實這些納米機器人不會在小型豬的主要組織中引起凝血，這就滿足了一些安全性問題，但Yan贊成還需開展更多的研究。他寫道，「我們有興趣進一步在小鼠模型中研究這項工作的實用性。」

美國休斯敦衛理公會醫院和威爾康奈爾醫學院的生物醫學工程師Mauro Ferrari（未參與這項研究）說，「從小鼠模型轉移到人體是一個巨大的進步」。他說，目前尚不清楚靶向核仁蛋白和遞送凝血酶是否具有臨床相關性，「但突破點在於這是一個平台。他們能夠利用一種類似的方法處理其他事情，這非常令人興奮的。這會產生很大的影響。」

參考資料：

Suping Li, Qiao Jiang, Shaoli Liu et al. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo. Nature Biotechnology, Published online: 12 February 2018, doi:10.1038/nbt.4071

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