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來自美國和中國的科學(xué)家團(tuán)隊創(chuàng)建了可編程的DNA折疊納米機器人，可以通過阻止腫瘤的血液供應(yīng)來尋找和縮小腫瘤。攜帶乳腺癌，黑色素瘤，卵巢癌和肺癌的小鼠的檢測結(jié)果揭示了DNA納米機器人是如何駐扎在癌癥供血血管并誘導(dǎo)形成xue塊的，這有效地阻斷了腫瘤的氧氣和營養(yǎng)物的生命線。在阻斷血流后出現(xiàn)腫瘤組織發(fā)育不良，腫瘤縮小和抑制轉(zhuǎn)移。使用納米機器人注射治療的動物存活時間更長，并且在一些情況下表現(xiàn)出*的腫瘤消退。關(guān)鍵是，納米機器人是十分安全的，并且在正常小鼠和豬中進(jìn)行測試時并沒有引發(fā)免疫反應(yīng)。

“我們?yōu)榉浅５乃幬镌O(shè)計和靶向癌癥治療開發(fā)了*個*自主的DNA機器人系統(tǒng)，”亞利桑那州立大學(xué)（ASU）生物設(shè)計研究所分子設(shè)計和仿生學(xué)中心主任Hao Yan博士和分子科學(xué)學(xué)院的Milton Glick教授說道。 “此外，這項技術(shù)是一種可用于多種類型癌癥的策略，因為所有固體腫瘤供血血管基本相同”。

凝血酶功能化DNA納米機器人構(gòu)建過程

Hao博士的實驗室與中國北京國家納米科學(xué)與技術(shù)中心（NCNST）的Zhao Yuliang博士和Ding Baoquan博士共同研究團(tuán)隊合作，其研究結(jié)發(fā)表在Nature Biotechnology上。

作者解釋說，通過選擇性地切斷其血液供應(yīng)來使腫瘤死亡是一種有吸引力的抗癌策略。例如，使用閉塞血管的方法可以在幾個小時內(nèi)起效，并且也適用于幾乎任何類型的腫瘤。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，Hao教授團(tuán)隊將DNA折疊作為開發(fā)基于自組裝納米管的DNA納米機器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該自組裝納米管可以將凝血蛋白酶凝血酶特異性地遞送至腫瘤，并且基本上導(dǎo)致腫瘤供血中的血栓形成血管，但不影響健康組織中的脈管系統(tǒng)。

DNA納米機器人工作過程

該項目是在5年前開始的，當(dāng)時NCNST的研究人員首先通過使用基于DNA的納米載體誘導(dǎo)血液凝固來切斷腫瘤血液供應(yīng)。Hao教授在DNA折疊技術(shù)方面的長期專業(yè)知識使納米醫(yī)學(xué)概念升級為*可編程的機器人系統(tǒng)。 “這些納米機器人可以通過編程來傳輸分子有效載荷，并導(dǎo)致現(xiàn)場腫瘤血液供應(yīng)受阻，從而導(dǎo)致組織死亡和腫瘤縮小，”Ding教授指出。

每個納米機器人都是由一個扁平的矩形DNA折疊制成，面積僅為90 nm×60 nm，厚度僅為2 nm。將四個凝血酶分子連接到折紙板表面，然后將其卷成空心管，內(nèi)部保護(hù)凝血酶分子。管結(jié)構(gòu)通過緊固件鏈保持在一起，所述緊固件鏈包括設(shè)計用于核素的DNA適體分子，所述核仁素是在腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞上特異性表達(dá)的蛋白質(zhì)。zui終的構(gòu)建是空心的管狀DNA納米機器人，其直徑約為19納米，長度約為90納米。

科學(xué)家們假設(shè)，DNA納米機器人上的適體分子會識別并結(jié)合其腫瘤血管上的核素靶標(biāo)，從而觸發(fā)緊固帶彈開。這將允許納米機器人回彈到其原始形狀，并將血管暴露于凝血酶，導(dǎo)致血栓形成的發(fā)生。

腫瘤小鼠經(jīng)過包括DNA納米機器人在內(nèi)的8種治療的對照試驗結(jié)果

研究人員接下來在小鼠模型體內(nèi)評估了的納米機器人的治療療效。熒光成像研究表明納米機器人在實驗小鼠攜帶的乳腺腫瘤中累積并且結(jié)合腫瘤血管內(nèi)皮。進(jìn)一步分析表明，納米機器人給藥在24小時內(nèi)導(dǎo)致腫瘤血管閉塞; 48小時后出現(xiàn)晚期血栓形成，72小時內(nèi)所有腫瘤血管均可見致密的血栓。令人鼓舞的是，沒有證據(jù)顯示任何動物的主要器官出現(xiàn)異常血栓，“證實血栓形成對腫瘤血管系統(tǒng)具備特異性，”作者說。

Hao教授說，合理設(shè)計的納米機器人攜帶各種藥物的組合可能有助于實現(xiàn)癌癥研究的*目標(biāo)：*實體瘤和血管化轉(zhuǎn)移瘤。 此外，目前的策略可能被開發(fā)成一種藥物輸送平臺，通過修改納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，靶向組和負(fù)載的貨物來治療其他疾病。（轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)）

參考文獻(xiàn)

Suping Li, Qiao Jiang, Shaoli Liu, Yinlong Zhang, Hao Yan, Baoquan Ding,Yuliang Zhao. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo.