谭, 硕

长大其实挺不容易,相声里面说过,危险是无处不在的。有人被大鹅追着拧,有人被看门狗吓跑,而像奇点糕这样的挑嘴孩子,吃饭都要小心触雷……“童年阴影”虽说大多是调侃,但影视作品里还真不乏代表性案例,比如冯远征和李明启两位老师扮演的经典反派,简直是现代版张文远,能止小儿夜啼啊。

虽说奇点糕没被安家和、容嬷嬷们吓到,但却被一部名叫《星际之门:亚特兰蒂斯》的美剧生生吓出了纳米恐惧症,因为这剧里有着一种可以无限复制,侵入、控制甚至杀人,而且还能聚合起来,化为与人完全无二形态的小纳米机器人“复制者”。十多年过去了,奇点糕现在想起复制者出场的那集还会哆嗦……

呃,借用一下《星际之门》本篇的复制者照片串个场……长成这样可不像治病救人的

曾经的科幻剧,转眼间就化为了现实。近期的《自然·生物技术》上,中科院国家纳米科学中心和亚利桑那州立大学(ASU)华人科学家团队的成果让人眼前一亮:科学家们用DNA折纸技术制造出了世界上第一种智能抗癌的纳米机器人,它们可以在人体内自行找到给肿瘤供血的血管,随后释放药物制造血栓阻塞血管,从而“饿死”肿瘤,在动物实验中体现了良好的疗效和安全性[1]!

癌细胞啊,实在是人体内打不死的甄嬛,啊不,小强。放疗、化疗、手术、加上最新潮的免疫治疗,医生们为了抗击癌症可谓是十八般武艺尽出,但这些治疗方法往往有着明显的副作用,就拿放化疗来说,放射线和化疗药同样会对正常组织细胞造成损伤,杀敌一千自损八百,可并不是多么划算。

不过,有句广告词改改就可以套到癌细胞头上:它们不生产营养物质,只是营养物质的搬运工,而给癌细胞的疯狂增殖供血供氧供能量的,自然是血管了。阻断供应实体肿瘤的血管,从而饿死癌细胞,一直是科学家们努力的方向,举个例子,肝癌治疗中常用的动脉栓塞化疗(TACE),就是冲着给肿瘤供血的肝动脉去的,但这种方法同样面临精确度不够、副作用不小的问题。

那该怎么办?从5年前开始,赵宇亮院士和丁宝全、聂广军两位研究员带领的中科院国家纳米科学中心团队决定尝试诱导血栓形成的策略。虽然多数时候,血栓对人体是敌非友,比如冠心病的血管病变过程就和血栓脱不了关系,但把肿瘤的后勤供应堵死,肯定好处大大的。然而,治疗肯定不能单纯把凝血酶注射进体内就算完,不然一旦出现弥漫性血管内凝血(DIC)……哈利路亚。

 

本次研究的四位通讯作者:聂广军、颜灏、丁宝全和赵宇亮

说到这里,我们的主角终于该正式登场了。去年年底,奇点糕给大家带来了《自然》同日连发的四篇DNA纳米技术强文:《自然》重磅四连:折叠未来!用DNA搭出多面体、泰迪熊、蒙娜丽莎,DNA纳米技术迎来重大突破 | 奇点猛科技,当时就有读者问,这样像玩一般的拿DNA“搭积木”,虽然看起来高大上,但能有什么实际用途呢?

高大上的技术肯定不是花架子,本次研究中的新锐机器人,正是由DNA折纸(DNA Origami)技术搭出来的,这也是论文通讯作者之一,ASU教授颜灏的专长。每个纳米机器人由一个扁平的矩形DNA折纸板(origami sheet)制成,板上搭载四个凝血酶分子,然后卷成空心管,将凝血酶分子包裹在管内,防止凝血酶在到达肿瘤血管前就暴露目标。最终成型的机器人,大小只有90x60x2nm

纳米机器人就是这么被“折”出来的,想了解更多DNA纳米技术,可以参考上文的《自然》四连

有读者肯定会问,这样的机器人怎么就能智能定位肿瘤血管,而不会滥杀无辜呢?科学家们当然也想到了这一点。在DNA纳米机器人的外侧,还搭载了多条叫做固定链(Fastener Strand)的DNA片段,它们的任务是特异性识别并结合只在肿瘤血管内皮细胞上高表达的核仁素(nucleolin)[2],给纳米机器人发动的攻击指引目标。

纳米机器人被注射进体内后,只要发现目标,就会自动展开,释放出搭载的凝血酶,然后凝血酶就会召集来血小板、纤维蛋白原这些帮手,几个小时内就足以形成把血管阻断的巨大血栓,而断了粮的肿瘤组织,就只有缺血坏死的下场了。下面这个视频,可以更加清晰地解释这种机器人的治疗机制:


纳米机器人的释放药物有点像特洛伊木马,不过放出来的不是伏兵而是凝血酶


说得天花乱坠,但效果还要看实战。研究团队选择了黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌和肺癌四种癌症进行了动物实验,纳米机器人的确不负众望,在治疗黑色素瘤模型小鼠时,8只小鼠中的3只肿瘤完全消失,小鼠整体的中位生存期从20.5天翻倍到45天,同时没有出现转移灶!对肿瘤血管相对较少的卵巢癌、肺癌和乳腺癌,纳米机器人的注射也有效抑制了肿瘤生长和转移

那么这种治疗的安全性呢?由于机器人以DNA分子为原料制成,对免疫系统而言不属于病原体,因此小鼠实验中没有引发明显的炎症反,研究团队在与人体解剖和生理特性相似的巴马小型猪模型上进行的进一步实验也表明,注射机器人后,模型猪没有发生血栓形成导致的不良反应,凝血相关的检查指标也没有明显变化,“绝对安全”

就这样一个平台,却完全可以继续千变万化,改造出专门针对不同疾病的纳米级药物

颜灏教授表示:“我们设计出了全世界首个完全自主的精确给药、靶向治疗DNA机器人系统,这是DNA纳米技术在癌症治疗领域的一大进步,我认为这项技术已经非常接近投入实际应用了。用专门设计的纳米机器人搭载着各种不同药物,有望实现彻底清除实体肿瘤及血管丰富的转移灶,这就实现了癌症治疗的终极目标。而且,这种机器人治疗策略还可以作为一个平台,投入其他疾病的治疗当中。”目前研究团队已经在寻找合作伙伴,转化这一实验室成果[3]。

业内人士对这一研究也不吝惜溢美之词,田纳西大学的生物工程学专家Scott Lenaghan就表示,这相当于拿下了抗癌事业的“圣杯”。康奈尔大学的Mauro Ferrari教授则表示,虽然从动物实验到人体临床成功仍然相差甚远,但真正的突破之处在于这种机器人平台模式,稍加改动就有着广阔的应用前景[4]。

听说,DNA折叠技术折出来的东西,还和细胞特别有亲和力,连耐药的癌细胞都喜欢[5],所以这会奇点糕的脑海里,已经是幻想着纳米机器人搭载着Keytruda、Opdivo这些风风光光的抗癌神药,甚至是CAR-T细胞,把癌症大魔王杀得丢盔弃甲的画面了……不要打醒,谢谢。

编辑神叨叨

记得当年的神剧SGA里面,纳米机器人杀人就是冲着血管爆裂去的吧……难道纳米科技界的大触们也从这里找灵感?

参考资料:

1.Li S, Jiang Q, Liu S, et al. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo[J]. Nature Biotechnology, 2018.

2.Huang Y, Shi H, Zhou H, et al. The angiogenic function of nucleolin is mediated by vascular endothelial growth factor and nonmuscle myosin[J]. Blood, 2006, 107(9): 3564-3571.

3.https://asunow.asu.edu/20180212-discoveries-cancer-fighting-nanorobots-seek-and-destroy-tumors

4.https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/51717/title/DNA-Robots-Target-Cancer/

5.Jiang Q, Song C, Nangreave J, et al. DNA origami as a carrier for circumvention of drug resistance[J]. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(32): 13396-13403.

 

 

奇点分享微信

发送