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Nat Biotechnol:我国科学家利用DNA纳米机器人在体内高效靶向癌症

来源:本站原创 2018-02-13 19:04

2018年2月13日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自中国科学院国家纳米科学中心的研究人员发现他们开发出的DNA纳米机器人能够在血液中运行,发现肿瘤,并且递送一种导致血液凝结的蛋白,从而导致小鼠中的癌细胞死亡。相关研究结果于2018年2月12日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”。论文通信作者为国家纳米科学中心副主任、中科院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮(Yuliang Zhao)教授;国家纳米科学中心研究员丁宝全(Baoquan Ding)教授;国家纳米科学中心研究员聂广军(Guangjun Nie)教授;美国亚利桑那州立大学的Hao Yan。论文第一作者为国家纳米科学中心的Suping Li、Qiao Jiang、Shaoli Liu和Yinlong Zhang。
DNA纳米机器人设计,凝血酶用粉红色表示,核仁蛋白用蓝色表示。图片来自Suping Li et al., Nature Biotechnology, 2018。

加拿大圭尔夫大学生物工程师Suresh Neethirajan(未参与这项研究)说,这些作者“证实对利用生物相容性的、可生物降解的和基于DNA的生物纳米机器人进行癌症治疗而言,进行部位特异性的药物递送确实是有可能的。这涉及诊断癌症表面上的生物标志物,并且一旦识别到它们,就递送特定的药物来治疗这种癌症。”

Yan在发给《科学家》杂志的一封电子邮件中写道,这些作者们的首要目标是“找到一种设计能够用于人类癌症治疗的纳米机器人的途径。”

这些作者首次构建出一种自组装的长方形DNA折纸片(DNA-origami sheet),并将导致血液凝固的凝血酶连接到这种DNA折纸片上。随后,他们将DNA紧固件(DNA fastener)连接到这种长方形DNA折纸片的长边上,从而形成一种内表面上携带着凝血酶的管状纳米机器人。当这些作者们设计的DNA紧固件结合到核仁蛋白(肿瘤血管细胞表面上存在的一种特异性的蛋白)上时,它们就会脱落下来。这就使得这种管状纳米机器人打开,从而暴露它携带的货物。

这些作者接下来将这些纳米机器人静脉注射到携带着人类乳腺癌肿瘤的裸鼠体内。这些纳米机器人抓住肿瘤部位上的血管细胞,并在48小时内导致大量的血凝块产生,但不会导致这些小鼠的其他部位发生血液凝结。与对照小鼠相比,这些血凝块导致肿瘤细胞坏死,并且导致更小的肿瘤和更好的存活机会。他们还发现在黑色素瘤小鼠模型和人卵巢癌细胞异种移植的小鼠中,这种纳米机器人治疗会提高存活率,并导致更小的肿瘤

美国田纳西大学的Scott Lenaghan(未参与这项研究)说,这些作者们“正在研究与肿瘤细胞的特异性结合,这基本上是癌症治疗的最高目标”。他说,下一步就是在宿主有机体中研究任何损伤(如未检测到的血凝块或免疫系统反应),以及确定凝血酶在肿瘤部位中的实际递送量。

这些作者在这项研究中证实这些纳米机器人不会在小型猪的主要组织中引起凝血,这就满足了一些安全性问题,但Yan赞成还需开展更多的研究。他写道,“我们有兴趣进一步在小鼠模型中研究这项工作的实用性。”

美国休斯敦卫理公会医院和威尔康奈尔医学院的生物医学工程师Mauro Ferrari(未参与这项研究)说,“从小鼠模型转移到人体是一个巨大的进步”。他说,目前尚不清楚靶向核仁蛋白和递送凝血酶是否具有临床相关性,“但突破点在于这是一个平台。他们能够利用一种类似的方法处理其他事情,这是非常令人兴奋的。这会产生很大的影响。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

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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