我國在醫(yī)學(xué)納米機(jī)器人腫瘤治療研究中取得進(jìn)展

近日，國家納米科學(xué)中心研究員聶廣軍、丁寶全，中國科學(xué)院院士趙宇亮課題組與美國亞利桑那州立大學(xué)顏灝課題組合作，在醫(yī)學(xué)納米機(jī)器人腫瘤治療研究中取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”為題。

惡性腫瘤（癌癥）是危害人類健康的一大殺手。腫瘤的血管系統(tǒng)與腫瘤的生長、侵襲及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。通過阻塞腫瘤血管的營養(yǎng)和氧氣輸運(yùn)，從而“餓死”腫瘤的治療思路目前已廣泛應(yīng)用于肝癌等惡性腫瘤的物理介入治療。但是，該方法在療效和安全性方面仍面臨較大局限性。血液中的凝血酶（thrombin）是機(jī)體凝血系統(tǒng)的一種關(guān)鍵酶，能夠快速高效地誘導(dǎo)血栓形成。如果將凝血酶作為特定的“貨物”裝載在納米機(jī)器內(nèi)部，靶向運(yùn)輸并精確釋放至腫瘤血管，誘導(dǎo)凝血產(chǎn)生血栓，就可以通過栓塞腫瘤達(dá)到高效抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的目的。

根據(jù)該設(shè)想，國家納米中心團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于超分子自組裝的DNA納米機(jī)器人，用于活體運(yùn)輸凝血酶進(jìn)行腫瘤治療。利用DNA折紙術(shù)構(gòu)建智能化的分子機(jī)器，通過自組裝將“貨物”凝血酶包裹在分子機(jī)器的內(nèi)部空腔，使其與外界底物隔絕而處于非活性狀態(tài)；分子機(jī)器兩端裝載有“雷達(dá)”核酸適配體，提供靶向識別和定位功能；當(dāng)DNA納米機(jī)器人到達(dá)腫瘤血管時(shí)，納米機(jī)器上的“鎖”識別特異標(biāo)志物而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，使得“鎖”從閉合狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)，整個(gè)納米機(jī)器由管狀結(jié)構(gòu)打開變?yōu)槠矫娼Y(jié)構(gòu)，暴露出內(nèi)部裝載的“貨物”進(jìn)而實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)栓塞的功能。

細(xì)胞和活體水平的驗(yàn)證結(jié)果顯示，這種DNA納米機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)凝血酶在活體內(nèi)的精準(zhǔn)運(yùn)輸和定點(diǎn)栓塞，對包括乳腺原位腫瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原發(fā)肺部腫瘤在內(nèi)的多種腫瘤都有良好的治療效果。由于DNA納米機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)精確的腫瘤定位，整個(gè)體系有效用量很低；同時(shí)，DNA納米機(jī)器人還有極好的識別響應(yīng)功能，僅在腫瘤血管標(biāo)志物存在時(shí)才啟動(dòng)活化凝血酶。這些性質(zhì)保證了裝載有凝血酶的DNA納米機(jī)器人具有極高的特異性，且在小鼠模型和迷你豬模型上都表現(xiàn)出良好的安全性。

該研究有望為腫瘤血供阻斷治療策略提供一種高效低毒的藥物新劑型。以該DNA納米機(jī)器人強(qiáng)大的活體運(yùn)輸和響應(yīng)識別功能，作為智能化的給藥平臺(tái)，進(jìn)行多種藥物的聯(lián)合高效遞送，有望對傳統(tǒng)難以成藥的物質(zhì)（如毒素、蛇毒蛋白等）實(shí)現(xiàn)有效包載和智能遞送，進(jìn)而推動(dòng)全新抗腫瘤藥物的開發(fā)，在納米藥物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

國家納米中心李素萍、蔣喬、劉少利、張銀龍為論文的共同第一作者。國際上，有關(guān)學(xué)者認(rèn)為，中國科學(xué)家嘗試?yán)冕t(yī)學(xué)納米機(jī)器人治療腫瘤等惡性疾病，這種新穎的納米機(jī)器人將改變?nèi)藗儗λ幬镙斶\(yùn)的傳統(tǒng)觀念，為更有效的腫瘤治療提供全新策略。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部納米重點(diǎn)專項(xiàng)和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、北京市科委科技計(jì)劃、國家杰出青年基金等的資助。

（本刊訊）