編輯：耳朵 庸庸

【新智元導讀】瑞典卡羅林斯卡學院的研究團隊開發一種DNA納米機器人設備，開創靶向癌症治療新方向。該機器人隱藏的「武器」僅在腫瘤微環境中激活，經過小鼠實驗，腫瘤生長有效減少了70%。

1966年，科幻電影《神奇旅程》第一次利用微縮科技拍攝模擬的人體內部。

影片中，一名蘇聯科學家逃到美國，因爲他的腦血管遭到間諜破壞而危在旦夕。

5名美國醫生醫生縮小爲幾百萬分之一的「蟻人」，乘坐微縮潛水艇進入人體內進行血管手術。

58年後，科幻電影照進現實，癌症治療迎來新方向。

死亡受體（DRs）在細胞膜上聚集會導致細胞凋亡，這是腫瘤治療的一個重要潛在途徑。

研究難點是，DRs大量存在于健康組織中，這使開發僅針對于癌細胞群體變得十分困難。

瑞典卡羅林斯卡學院（karolinska institutet，簡稱KI）的研究人員開發一種刺激響應的DNA納米設備，可以用于靶向癌症治療。

這種納米機器人能精准殺死小鼠癌細胞，機器人的「武器」隱藏在納米結構中，只有在腫瘤微環境中才會發起攻擊，誘導癌細胞凋亡，在正常生理環境下會保持惰性。

這項研究發表在《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）期刊上，展示了納米技術在癌症治療的潛力，並爲未來應用于人類癌症治療帶來了希望。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01676-4

有趣的是，這一研究是在著名未來學家雷·庫茲韋爾最近的大膽預測之後發布的——納米機器人技術的進步將很快將人類壽命延長至1000年。

庫茲韋爾在6月25日發布的最新著作《奇點更近》中預測，到2030年代，醫療納米機器人（能夠在分子水平上操作的微型機器人）將使人類超越生物器官的限制。

庫茲韋爾的預測雖然雄心勃勃，但隨著KI團隊開發出納米機器人，它能夠以前所未有的精度尋找並消滅癌細胞，同時不會傷害周圍的健康細胞，這一預測越來越有可能成爲現實。

核心突破：創造出「致命開關」

KI的研究小組此前已經開發出了一種結構——能夠在細胞表面組織所謂的「死亡受體」，從而導致細胞死亡，這些結構呈現爲以六邊形模式組裝的六種肽（氨基酸鏈）。

而納米機器人的頭部有一個空腔，其中恰好隱藏著六種以六邊形圖案排列的細胞毒性配體。這些肽就能夠很好地與癌細胞上的死亡受體結合並激活它們。

領導這項研究的醫學生物化學和生物物理學系Björn Högberg教授解釋說，「這種六角形納米肽圖案成爲一種致命武器」。

「如果把它作爲藥物來使用，它就會不分青紅皂白地開始殺死人體細胞，這可不是什麽好事。爲了解決這個問題，我們把這種武器藏在了由DNA構建的納米結構中。」

Högberg說，「我們成功地將這種武器隱藏起來，使其只能在實體腫瘤內部和周圍的環境中暴露出來。這意味著我們創造了一種納米機器人，可以專門瞄准並殺死癌細胞。」

用DNA作爲建築材料建造納米級結構的藝術就被稱爲DNA折紙，是Högberg的研究團隊多年來一直在研究的課題。DNA折紙技術可以精確控制配體的空間排列，確保死亡受體的最佳聚集，這對于誘導有效的細胞死亡至關重要。

折紙開關的設計原理和模擬

這種針對和激活死亡受體的精確度使該技術有別于傳統的癌症治療方法，傳統的治療方法通常缺乏這種特異性並可能導致嚴重的副作用。

用DNA折紙制作納米機器人可以確保設備具有生物相容性，這意味著它們可以在人體內導航而不會引起不良反應。

那麽，「致命開關」具體是如何被激活的呢？關鍵在于癌細胞周圍通常存在的低pH值或酸性微環境。

在試管中進行的細胞分析表明，在正常生理條件下，包括pH值爲7.4的酸性環境，肽武器（毒性配體）仍隱藏在納米機器人內按兵不動，保持惰性和無害狀態。

但當pH值降至6.5（癌組織中典型的 pH 值）時，「致命開關」被觸發，DNA結構展開，露出細胞毒性配體。然後，配體將死亡受體聚集在癌細胞表面，引發細胞凋亡或程序性細胞死亡，産生劇烈的細胞殺傷效果。

對pH值敏感的致命開關

總體而言，這項研究的核心突破就是納米機器人的三維DNA折紙設計——它既對pH敏感，又能自主運作。

體內實驗：抑制腫瘤生長

研究團隊在攜帶人類乳腺癌異種移植瘤的小鼠中進行了實驗，測試納米機器人的診療效果。

注射納米設備後，結果與注射非活性納米機器人的小鼠相比，腫瘤生長有效減少了70%。

活體內生物分布和抗腫瘤效果

實驗結果表明，這種納米設備的確在靶向癌症治療中具有潛力。

DNA折紙納米機器人在小鼠身上取得的成功，也爲進一步的研究和人類臨床試驗鋪平了道路。

DNA折紙納米機器人可以徹底改變我們治療癌症的方式，爲目前的治療方法提供更有針對性和更小侵入性的替代方法。

精確瞄准癌細胞同時保留健康組織，爲癌症治療開辟新的途徑，有可能帶來比化療和放療等現有方法更有效、危害更小的治療方法。

此外，該技術的基本原理還可應用于其他靶向細胞死亡的疾病，如某些自身免疫性疾病和病毒感染。DNA折紙的多功能性和可編程性使其成爲開發下一代醫療療法的有力工具。

研究還評估了該設備在正常細胞中的安全性。

在正常生理條件下，該設備不會激活，因而對健康細胞沒有毒性。

這表明該設備在進入腫瘤微環境前能夠保持惰性，從而減少對正常組織的副作用。

盡管實驗結果令人鼓舞，但研究人員警告稱，這項技術在臨床廣泛應用之前仍面臨一些挑戰。

其中包括確保納米機器人在人體內穩定性和保證正常使用壽命、如何擴大這些納米結構的生産規模，以及徹底測試排除不可預見的副作用。

該研究的第一作者、KI醫學生物化學與生物物理學系研究員Yang Wang表示，「我們現在還需要驗證這種方法，是否能在更高級的癌症模型中發揮作用，因爲這些模型更接近真實的人類疾病。」

研究人員還計劃研究制造更具針對性的DNA折紙納米機器人。

這種機器人可以針對特定類型的癌症，通過改變設備表面蛋白質或肽的排列來實現靶向治療。

如果成功，這項技術將徹底改變腫瘤學領域，爲人類抗癌之戰提供一種高效新「武器」。

這項突破也標志著納米技術將在未來持續蓬勃發展，這些技術可能將引領我們實現雷·庫茲韋爾所設想的未來。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41565-024-01676-4

https://phys.org/news/2024-06-nanorobot-cancer-cells-mice-hidden.html