发布时间:2018-03-09 10:35 原文链接: 我国学者在医学纳米机器人肿瘤治疗方面取得进展

  《Nature Biotechnology》于2018年3月刊发了国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮院士课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组合作完成的工作(“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 36: 3, 258-264, 2018)。《Nature Biotechnology》同期以“Smart Cancer Therapy with DNA Origami”为题对该工作进行了专门评述。评述文章认为,中国科学家尝试利用医学纳米机器人治疗肿瘤等恶性疾病,这种新颖的纳米机器人将改变人们对药物输运的传统观念,为更有效的肿瘤治疗提供全新策略。

图片.png

图:DNA纳米机器人的设计和工作原理

  恶性肿瘤(癌症)是危害人类健康的一大杀手。肿瘤的血管系统与肿瘤的生长、侵袭及转移密切相关。通过阻塞肿瘤血管的营养和氧气输运从而“饿死” 肿瘤的治疗思路目前已广泛应用于肝癌等恶性肿瘤的物理介入治疗。但是,该方法在疗效和安全性方面仍面临较大局限性。血液中的凝血酶(thrombin) 是机体凝血系统的一种关键酶,能够快速高效地诱导血栓形成。如果将凝血酶作为特定的“货物”装载在纳米机器内部,靶向运输并精确释放至肿瘤血管,诱导凝血产生血栓,就可以通过栓塞肿瘤达到高效抑制肿瘤生长和转移的目的。

  根据这种看似“异想天开”的设想,国家纳米科学中心团队发展了基于超分子自组装的DNA纳米机器人,用于活体运输凝血酶进行肿瘤治疗。该工作利用DNA折纸术构建智能化的分子机器,通过自组装将“货物”凝血酶包裹在分子机器的内部空腔,使其与外界底物隔绝而处于非活性状态;分子机器两端装载有“雷达”核酸适配体,提供靶向识别和定位功能;当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时,纳米机器上的“锁”识别特异标志物而发生结构变化,使得 “锁”从闭合状态变为开启状态,整个纳米机器由管状结构打开变为平面结构,暴露出内部装载的“货物”进而实现诱导栓塞的功能。

  国家纳米科学中心团队在细胞和活体水平分别进行了验证,结果显示这种DNA纳米机器人可以实现凝血酶在活体内的精准运输和定点栓塞,对于包括乳腺原位肿瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原发肺部肿瘤在内的多种肿瘤都有良好的治疗效果。由于NDA纳米机器人可以实现精确的肿瘤定位,整个体系有效用量很低;同时DNA纳米机器人还有极好的识别响应功能,仅在肿瘤血管标志物存在时才启动活化凝血酶。这些性质保证了装载有凝血酶的DNA纳米机器人具有极高的特异性,在小鼠模型和迷你猪模型上都表现出良好的安全性。

  这种智能化的DNA纳米机器人有望为肿瘤血供阻断治疗策略提供一种高效低毒的药物新剂型。以其强大的活体运输和响应识别功能,作为智能化的给药平台,进行多种药物的联合高效递送。有望对传统难以成药的物质(如毒素、蛇毒蛋白等)实现有效包载和智能递送,进而推动全新抗肿瘤药物的开发,在纳米药物领域具有广阔的应用前景。

  该工作得到了《Nature Reviews Cancer》(“DNA nanorobots-seek and destroy”)和《Science Translational Medicine》(“Tumor-hunting nanorobots”)的专门评述以及F1000Prime推荐。国家自然科学基金、科技部纳米重点专项和重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究计划、北京市科委科技计划、国家杰出青年基金等对该研究提供了资助。国家纳米科学中心的李素萍、蒋乔、刘少利和张银龙为本文的共同第一作者。


相关文章

黑龙江省医院、国家肿瘤微创治疗联盟,签约!

6月29日上午,国家肿瘤微创治疗产业技术创新战略联盟与黑龙江省医院签约授牌仪式在省医院门诊五楼学术报告厅顺利举行。会上,黑龙江省医院党委书记刘宏石与国家肿瘤微创联盟秘书长谢丹共同签订了入盟协议书,并授......

肿瘤化身个性化癌症治疗的新方法

由于每个患者对化疗的反应差异很大,因此确定结肠癌的最佳治疗方法可能具有挑战性。日内瓦大学(UNIGE)的研究人员开发了一种创新方法,可以在不使用患者身体或进行动物实验的情况下测试各种药物。相反,他们利......

肿瘤患者“没劲”可能真不是矫情

门诊常碰到这样的情况:肿瘤患者就诊时表示,没特别不舒服,就是浑身没劲。典型比如王阿姨,一年半前体检发现右肺肿块,手术后病理明确是肺腺癌,属于早中期,做了4次术后辅助化疗,之后定期随访复查。几次随访结果......

3550万美元!LarkspurBiosciences致力下一代精准肿瘤免疫疗法

2023年5月23日,LarkspurBiosciences携3550万美元融资亮相,致力于开发下一代精准肿瘤免疫疗法。本轮融资由PolarisInnovationFund、3EBioventures......

紫杉类药物纳米递送系统有望用于多种实体肿瘤治疗

5月22日,从西安交通大学获悉,该校第二附属医院康华峰教授、马小斌副教授团队,医学部基础医学院吴昊研究员团队和加州大学戴维斯分校李源培教授团队联合开发了一种新型紫杉类药物纳米递送系统,在卵巢癌模型中显......

瘤内基因编辑增效ACT疗法研究获进展

过继T细胞转移(adoptiveT-celltransfer,ACT)疗法是颇具前景的肿瘤免疫疗法,但对实体瘤效果欠佳,亟需通过学科交叉来发展针对实体瘤增效的新理念和新技术。近日,中国科学院过程工程研......

透皮给药系统未来3大研究方向进展

作为对疗效有限传统口服和静脉注射的替代方法,经皮给药(TDD)在肿瘤诊治中显示出巨大的前景。在过去的十年中,由于天然聚合物具有良好的生物相容性、生物降解性和易得性,被设计成各种纳米载体,为经皮给药提供......

张俊:消灭肿瘤是一场高智商的终极战役

“医学并没有发达到能使人长生不老或百病不侵,但医学的光芒在于救人于水火,在患者最疼痛、最无助,甚至感到没有依靠的时候,给他们的生命照亮一束光。”上海交通大学医学院附属瑞金医院肿瘤科主任张俊说,从医几十......

许大千/吕志民/周钦合作揭示肿瘤细胞防御铁死亡新机制

多细胞生物在发育过程中,存在着多种预定的、受到精确控制的细胞程序性死亡,例如细胞凋亡(Apoptosis)、程序性坏死(Necroptosis)、细胞焦亡(Pyroptosis),以及铁死亡(Ferr......

从来没有“老胃病”,为啥得胃癌?

42岁的徐女士前几年因为出现一次恶心呕吐去检查,没想到却查出了胃癌。做了全胃切除术后,目前总体情况不错。徐女士平时饮食挺注意,也没有“老胃病”,却居然得了胃癌,她左右想不通。但在诊疗中,医生发现,她的......