美国亚利桑那州立大学(ASU)的科学家与中国科学院国家纳米科学中心(NCNST)的研究人员们共同合作,展开一种称为核酸适体(Aptamer)的生物标靶机制研究。他们研发出一种可编程的DNA纳米机器人,据称可植入身体的肿瘤中,然后阻断血液供应,从而影响肿瘤的生长和转移。

适体是一种仅与特定分子靶标结合的DNA或RNA序列,能够附着于蛋白质、核酸、细胞、组织,甚至是生物体上。亚利桑那州立大学的研究人员们以生物工程设计了标靶一种称为核仁素(nucleolin)蛋白质的适体。

血管表面内部的细胞称为内皮细胞。核仁素仅能以肿瘤中的内皮细胞大量制备。在健康的细胞表面并不会发现核仁素。(请记住:这一点很重要!)

ASU-DNA-Nanobots

研究人员制作的包括DNA中包括核仁素标靶适体,并将DNA形成于60×90nm的薄片上。每张薄片都附着平均4个称为凝血酶(凝血剂)的酶分子。

DNA链可加以折迭。过去二十年来,研究人员已经学会如何在特定条件下编程DNA、折迭并展开成各种形状,这个过程就是所谓的“DNA折纸”。亚利桑那州立大学已经引领DNA折纸技术很长一段时间了。

20180227-DNA-nano-robot-1 DNA薄片结构可卷曲为管状,包裹凝血酶分子带入体内

这种DNA折纸技术就是DNA纳米机器人的基础。研究人员们为其DNA薄片进行编程,将其卷曲成围绕凝血酶周围的管道,然后将DNA机器人植入患有癌症肿瘤的实验鼠体内。

DNA纳米机器人于是在老鼠的血液中穿梭,直到最后到达肿瘤的血管内。这些DNA机器人一旦发现肿瘤中的核仁素即加以附着,在展开过程中将凝血酶传送至肿瘤形成堵塞,并在肿瘤供血血管中形成血栓。不过,如果不慎杀死的不是癌细胞,结果是相当残忍的。

一般来说,医生并不希望凝血剂在患者的系统中自由循环,因为这可能发生血块导致中风的风险。然而,由于在健康细胞中无法找到核仁素,因此,这种方法必须十分安全,因为人体内没有足够的核仁素能够触发足够的DNA机器人释放充份的凝血剂,而可能会在肿瘤内部以外的任何地方引起问题。

20180227-DNA-nano-robot-2 搭载凝血酶的DNA薄片

研究人员在实验中采用了8只白老鼠,在经过24小时的治疗后都产生了肿瘤组织损伤,DNA纳米机器人也在同一时间内清除并自体内分解。两天之后出现了晚期血栓(血块),而在三天后则观察到所有肿瘤血管中的血栓形成。其中3只老鼠显示肿瘤完全消退。此外,研究人员也指出,这并不会对于健康组织的脉管系统造成影响。

亚利桑那州立大学生物设计研究所分子设计和仿生学中心主任颜灏以及分子科学系教授Milton Glick指出,“这种技术可用于多种类型的癌症,因为所有的实体肿瘤供血血管基本上都是相同的。”

编译:Susan Hong

本文由Aspencore旗下ESM姐妹媒体《电子工程专辑》授权编译自Electronic Products,谢绝转载。

二维码