Nature子刊：DNA納米機器人精準靶向癌症

DNA摺紙是什麼？與傳統摺紙所選用材料不同，DNA摺紙技術採用DNA鏈進行摺疊。DNA摺紙術是近年來提出的一種全新的DNA自組裝的方法，是DNA納米技術與DNA自組裝領域的一個重大進展。

此前已有研究證明，使用生物相容的、可降解的、基於DNA的生物機器人來治療癌症是可行的。該研究共同作者、亞利桑那州立大學的顏顥（Hao Yan）表示，研究團隊的初衷就是「找到可以應用於人類癌症治療的納米機器人的設計方法」。

Yan和同事首先製作了一個自組裝的矩形DNA摺紙，並和凝血酶結合起來。然後，使用DNA緊固件連接長方形的長邊，形成管狀納米機器人，內部帶有凝血酶。他們設計了一種能將核蛋白（一種特定於腫瘤血管細胞表面的蛋白質）結合在一起的方法。這些納米機器人可以通過編程來傳輸分子載荷，並導致腫瘤血液供應堵塞，從而導致組織死亡和腫瘤縮小。

亞利桑那州立大學的科學家編程DNA（以綠色顯示）尋找腫瘤細胞。 在這些納米機器人內部，科學家植入了凝血酶（紫色）以阻止血液流向腫瘤。

一旦進入血管（顯示為紅色管）「餵食」腫瘤，納米機器人就會打開（看起來平坦呈灰色）以釋放凝血酶（紫色），其刺激血小板和凝血劑（紅色和黃色）以阻斷血管（血管末端顯示血塊），並切斷腫瘤的供應。

接下來，為了測試DNA納米機器人，研究人員將它們注射到感染了人類乳腺癌、卵巢癌、黑素瘤和肺癌的小鼠模型中。這些機器人抓住腫瘤部位的血管細胞，並在48小時內在腫瘤血管內引起大量血凝結，且不會引起體內其他部位凝血。結果與對照小鼠相比，DNA納米機器人延長了小鼠的壽命，減緩或逆轉了腫瘤的生長。此外，在黑色素瘤的小鼠模型中，DNA納米機器人似乎能夠阻止黑色素瘤擴散到肝臟；肺癌小鼠模型中，腫瘤生長減緩時，肺部甚至顯示出開始自我修復的能力。

「我們開發了第一個完全自主的DNA機器人系統，用於非常精準的藥物設計和靶向癌症治療。」Yan博士說:「凝血酶傳遞DNA納米機器人是DNA納米技術在癌症治療中的一個重要進展。」

當然，如果納米機器人本身對人類構成威脅，其治療腫瘤的能力就無從談起。研究人員發現，這些機器人並沒有在腫瘤外凝結血液，也沒有在小鼠或豬身上觸發任何明顯的免疫反應。

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評價道，「從小鼠模型到人類是一個巨大的工程。目前尚不清楚靶向核蛋白和遞送凝血酶是否具有臨床意義。但突破性性的是，這是一個平台，研究人員可以用類似的方法做其他研究，這方面意義深遠。」

雖然這些DNA納米機器人仍處於實驗階段，還沒有在人類身上進行測試，但它們顯示出了治療癌症的巨大潛力。「我們的研究表明，基於DNA的納米載體已經被證明是一種有效的、安全的癌症治療方法。」項目的研究人員之一Guangjun Nie表示， 「我們目前正在與一家生物技術公司合作，將這種革命性技術轉化為一種可行的抗腫瘤治療方法。」

參考資料

Researchers use nanorobots to kill tumors in mice

Cancer-Fighting Nanorobots Programmed To Shrink Tumors

DNA Robots Target Cancer

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