使用DNA折紙術(shù)，卡羅林斯卡學院的科學家設(shè)計了包含隱藏癌癥殺傷開關(guān)的納米機器人，這一開關(guān)僅在腫瘤環(huán)境中激活。他們在《自然·納米技術(shù)》雜志上發(fā)表了一篇題為《一種具有調(diào)控自主顯示細胞毒性配體納米圖案的DNA機器人開關(guān)》的新論文，詳細介紹了這種納米結(jié)構(gòu)及其在小鼠腫瘤中的應(yīng)用。

此前，卡羅林斯卡團隊開發(fā)了能夠容納六種肽并以六邊形圖案組裝的納米結(jié)構(gòu)。在合適的條件下，“這種六邊形的肽納米圖案會變成致命武器，”卡羅林斯卡學院醫(yī)學生物化學和生物物理學系教授、該研究的高級作者Bj?rn H?gberg博士說。這是因為這些肽可以“在腫瘤微環(huán)境中自主且選擇性地開啟細胞毒性配體圖案的顯示”以觸發(fā)細胞的凋亡機制。

然而，挑戰(zhàn)在于這些肽也可能與健康細胞發(fā)生作用，所以“如果你將其作為藥物使用，它會不分青紅皂白地開始殺死體內(nèi)的細胞，”H?gberg解釋說?！盀榱丝朔@個問題，我們將武器隱藏在一個由DNA構(gòu)建的納米結(jié)構(gòu)中?！?/p>

如論文中所述，團隊設(shè)計的折紙結(jié)構(gòu)是“一個非對稱的雙筒，具有一個24納米高的中空頭部和一個15納米高的實心柄部。頭部有一個14納米深的腔，其中特定的寡核苷酸……作為典型折紙釘和配體裝飾的寡核苷酸結(jié)合位點之間的橋梁?！边@些寡核苷酸或微小支架用于“雜交一個肽配體功能化的寡核苷酸，這個寡核苷酸帶有一個形成雙螺旋（雜交區(qū)域）的序列以及一個三螺旋形成寡核苷酸（TFO）的附加序列?！?/p>

激活殺傷開關(guān)的關(guān)鍵是癌細胞周圍酸性微環(huán)境中的低pH值。具體而言，“當pH值下降時，肽-DNA共軛物的TFO形成三螺旋DNA（tsDNA），迫使原本隱藏在腔內(nèi)的六個肽在折紙表面以六邊形圖案顯示?！?/p>

在試管中的細胞實驗中，研究人員證明在正常pH值下，肽開關(guān)仍然隱藏在納米結(jié)構(gòu)內(nèi)。當pH值降至6.5時，開關(guān)被激活。事實上，“在24小時和48小時后，存活的細胞分別少于20%和10%?！毖芯咳藛T寫道?！拔覀兂晒Φ貙⑽淦麟[藏在只能在實體腫瘤周圍的環(huán)境中暴露的方式下，”H?gberg說?！斑@意味著我們創(chuàng)造了一種可以專門針對并殺死癌細胞的納米機器人?！?/p>

接下來，研究人員在人類乳腺癌小鼠模型中測試了這種治療方法。結(jié)果顯示，與接受無活性納米機器人治療的對照小鼠相比，這種治療方法使腫瘤生長減少了70%。

科學家們計劃在下一步研究中，探討該治療方法在更高級的、類似人類疾病的癌癥模型中的效果，以及在人體中使用這種治療的潛在副作用。他們還將研究通過在結(jié)構(gòu)表面附加特異性結(jié)合某些癌癥類型的蛋白質(zhì)或肽，使納米機器人更加精確的可行性。

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