華人科學家研發納米機器人！有望成為抗癌新療法！

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來自美國和中國的科學家團隊創建了可編程的DNA摺疊納米機器人，可以通過阻止腫瘤的血液供應來尋找和縮小腫瘤。

來自美國和中國的科學家團隊創建了可編程的DNA摺疊納米機器人，可以通過阻止腫瘤的血液供應來尋找和縮小腫瘤。攜帶乳腺癌，黑色素瘤，卵巢癌和肺癌的小鼠的檢測結果揭示了DNA納米機器人是如何駐紮在癌症供血血管並誘導形成血塊的，這有效地阻斷了腫瘤的氧氣和營養物的生命線。在阻斷血流後出現腫瘤組織發育不良，腫瘤縮小和抑制轉移。使用納米機器人注射治療的動物存活時間更長，並且在一些情況下表現出完全的腫瘤消退。關鍵是，納米機器人是十分安全的，並且在正常小鼠和豬中進行測試時並沒有引發免疫反應。

「我們為非常精確的藥物設計和靶向癌症治療開發了第一個完全自主的DNA機器人系統，」亞利桑那州立大學（ASU）生物設計研究所分子設計和仿生學中心主任Hao Yan博士和分子科學學院的Milton Glick教授說道。 「此外，這項技術是一種可用於多種類型癌症的策略，因為所有固體腫瘤供血血管基本相同」。

凝血酶功能化DNA納米機器人構建過程

Hao博士的實驗室與中國北京國家納米科學與技術中心（NCNST）的Zhao Yuliang博士和Ding Baoquan博士共同研究團隊合作，其研究結髮表在Nature Biotechnology上。

作者解釋說，通過選擇性地切斷其血液供應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起效，並且也適用於幾乎任何類型的腫瘤。

為了實現這一目標，Hao教授團隊將DNA摺疊作為開發基於自組裝納米管的DNA納米機器人系統的基礎，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，並且基本上導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。

DNA納米機器人工作過程

該項目是在5年前開始的，當時NCNST的研究人員首先通過使用基於DNA的納米載體誘導血液凝固來切斷腫瘤血液供應。Hao教授在DNA摺疊技術方面的長期專業知識使納米醫學概念升級為完全可編程的機器人系統。 「這些納米機器人可以通過編程來傳輸分子有效載荷，並導致現場腫瘤血液供應受阻，從而導致組織死亡和腫瘤縮小，」Ding教授指出。

每個納米機器人都是由一個扁平的矩形DNA摺疊製成，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摺紙板表面，然後將其捲成空心管，內部保護凝血酶分子。管結構通過緊固件鏈保持在一起，所述緊固件鏈包括設計用於核素的DNA適體分子，所述核仁素是在腫瘤相關的內皮細胞上特異性表達的蛋白質。最終的構建是空心的管狀DNA納米機器人，其直徑約為19納米，長度約為90納米。

科學家們假設，DNA納米機器人上的適體分子會識別並結合其腫瘤血管上的核素靶標，從而觸發緊固帶彈開。這將允許納米機器人回彈到其原始形狀，並將血管暴露於凝血酶，導致血栓形成的發生。

腫瘤小鼠經過包括DNA納米機器人在內的8種治療的對照試驗結果

研究人員接下來在小鼠模型體內評估了的納米機器人的治療療效。熒光成像研究表明納米機器人在實驗小鼠攜帶的乳腺腫瘤中累積並且結合腫瘤血管內皮。進一步分析表明，納米機器人給葯在24小時內導致腫瘤血管閉塞; 48小時後出現晚期血栓形成，72小時內所有腫瘤血管均可見緻密的血栓。令人鼓舞的是，沒有證據顯示任何動物的主要器官出現異常血栓，「證實血栓形成對腫瘤血管系統具備特異性，」作者說。

Hao教授說，合理設計的納米機器人攜帶各種藥物的組合可能有助於實現癌症研究的終極目標：根除實體瘤和血管化轉移瘤。 此外，目前的策略可能被開發成一種藥物輸送平台，通過修改納米結構的幾何形狀，靶向組和負載的貨物來治療其他疾病。

參考文獻

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.

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