美國(guó)和中國(guó)的研究人員們聯(lián)手開發(fā)出一種可編程的DNA納米機(jī)器人，能夠進(jìn)入身體的腫瘤中，阻斷血液供應(yīng)，從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。電子制作模塊
美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的科學(xué)家與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心(NCNST)的研究人員們共同合作，展開一種稱為核酸適體(Aptamer)的生物標(biāo)靶機(jī)制研究。他們研發(fā)出一種可編程的DNA納米機(jī)器人，據(jù)稱可植入身體的腫瘤中，然后阻斷血液供應(yīng)，從而影響腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。
適體是一種僅與特定分子靶標(biāo)結(jié)合的DNA或RNA序列，能夠附著于蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞、組織，甚至是生物體上。亞利桑那州立大學(xué)的研究人員們以生物工程設(shè)計(jì)了標(biāo)靶一種稱為核仁素(nucleolin)蛋白質(zhì)的適體。
血管表面內(nèi)部的細(xì)胞稱為內(nèi)皮細(xì)胞。核仁素僅能以腫瘤中的內(nèi)皮細(xì)胞大量制備。在健康的細(xì)胞表面并不會(huì)發(fā)現(xiàn)核仁素。(請(qǐng)記?。哼@一點(diǎn)很重要！)
研究人員制作的包括DNA中包括核仁素標(biāo)靶適體，并將DNA形成于60×90nm的薄片上。每張薄片都附著平均4個(gè)稱為凝血酶(凝血?jiǎng)?的酶分子。
DNA鏈可加以折迭。過去二十年來(lái)，研究人員已經(jīng)學(xué)會(huì)如何在特定條件下編程DNA、折迭并展開成各種形狀，這個(gè)過程就是所謂的“DNA折紙”。亞利桑那州立大學(xué)已經(jīng)引領(lǐng)DNA折紙技術(shù)很長(zhǎng)一段時(shí)間了。
DNA薄片結(jié)構(gòu)可卷曲為管狀，包裹凝血酶分子帶入體內(nèi)
這種DNA折紙技術(shù)就是DNA納米機(jī)器人的基礎(chǔ)。研究人員們?yōu)槠銬NA薄片進(jìn)行編程，將其卷曲成圍繞凝血酶周圍的管道，然后將DNA機(jī)器人植入患有癌癥腫瘤的實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)。
DNA納米機(jī)器人于是在老鼠的血液中穿梭，直到最后到達(dá)腫瘤的血管內(nèi)。這些DNA機(jī)器人一旦發(fā)現(xiàn)腫瘤中的核仁素即加以附著，在展開過程中將凝血酶?jìng)魉椭聊[瘤形成堵塞，并在腫瘤供血血管中形成血栓。不過，如果不慎殺死的不是癌細(xì)胞，結(jié)果是相當(dāng)殘忍的。
一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)生并不希望凝血?jiǎng)┰诨颊叩南到y(tǒng)中自由循環(huán)，因?yàn)檫@可能發(fā)生血塊導(dǎo)致中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于在健康細(xì)胞中無(wú)法找到核仁素，因此，這種方法必須十分安全，因?yàn)槿梭w內(nèi)沒有足夠的核仁素能夠觸發(fā)足夠的DNA機(jī)器人釋放充份的凝血?jiǎng)?，而可能?huì)在腫瘤內(nèi)部以外的任何地方引起問題。
搭載凝血酶的DNA薄片
研究人員在實(shí)驗(yàn)中采用了8只白老鼠，在經(jīng)過24小時(shí)的治療后都產(chǎn)生了腫瘤組織損傷，DNA納米機(jī)器人也在同一時(shí)間內(nèi)清除并自體內(nèi)分解。兩天之后出現(xiàn)了晚期血栓(血塊)，而在三天后則觀察到所有腫瘤血管中的血栓形成。其中3只老鼠顯示腫瘤完全消退。此外，研究人員也指出，這并不會(huì)對(duì)于健康組織的脈管系統(tǒng)造成影響。
亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所分子設(shè)計(jì)和仿生學(xué)中心主任顏灝以及分子科學(xué)系教授Milton Glick指出，“這種技術(shù)可用于多種類型的癌癥，因?yàn)樗械膶?shí)體腫瘤供血血管基本上都是相同的。”
