文丨癌度医学部
由国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组等合作研发的抗肿瘤DNA纳米机器人，于2018年2月12日在Nature的子刊《Nature Biotechnology》上发表问世。
这是第一个完全自主的DNA机器人系统，用于精准的药物设计和靶向癌症治疗，是一种可行的革命性的靶向肿瘤治疗方式。
开发纳米医学机器人实现对肿瘤精准诊断和治疗一直是科学家们梦寐以求的希望。抗肿瘤DNA纳米机器人，它为治疗恶性肿瘤提供了全新的智能化策略，开创了未来人类精准治疗的革新模式，一经问世就获得了科学圈的高度期待。
这次由中国科学家引领的技术潮流，惊艳到世界。DNA纳米机器人荣获2018年度中国科学十大进展，美国《The Scientist》期刊将其与液体活检、同性繁殖、人工智能一起评选为2018年度世界四大技术进步。
那么这些“小机器人”是怎么发挥它们的神奇力量的呢？它较化疗、放疗、CAR-T等有什么突破性的进展和优势呢？
原理
抗肿瘤DNA纳米机器人的基础是DNA折纸技术，该技术于2006年由美国加州理工学院的Paul Rothemund 博士发明。DNA折纸技术能人为的把纳米级的DNA长链反复折叠，并用“钉子”加以固定成理想的形态。
国家纳米科学中心聂广军等科学家通过纳米结构的设计，让DNA自己组装成功能齐全的“机器人”。“机器人”的脚和眼睛是DNA的靶向适配机制，当机器人游走到肿瘤特异表达的核蛋白（一种特定于肿瘤血管内皮细胞表面的蛋白质）处，它能精确靶向定位至肿瘤血管内皮细胞上。
“机器人”还有一双DNA的双螺旋结构组成的手臂，能抓住凝血酶这个武器，当“机器人”定位肿瘤细胞后，计算机会通过编程操控手臂的放出凝血酶，通过激活凝血作用，诱导肿瘤血管栓塞，从而导致肿瘤组织坏死和肿瘤缩小。
实验过程
研究人员将DNA纳米机器人注射到接种了人类乳腺癌、卵巢癌、黑素瘤和肺癌的小鼠模型和Bama小型猪中，并通过计算机控制“机器人”精确靶向定位至肿瘤组织的血管细胞并精确释药，记录统计血凝情况、药物消除情况、肿瘤生长情况、小鼠存活率等。
结果
DNA纳米机器人在48小时内在各种肿瘤血管内引起大量凝血，且不会引起体内其他部位凝血。并且小鼠和Bama小型猪实验中表明，这种纳米机器人具有良好的安全性和免疫惰性。
DNA纳米机器人的荧光信号仅在接种了乳腺癌的小鼠的肿瘤位置出现，靶向性好。
与对照小鼠相比，DNA纳米机器人给药21天后体内实体瘤重量和大小明显降低，并延长了小鼠的寿命。在黑色素瘤的模型中，经统计纳米机器人能够阻止黑色素瘤扩散到肝脏；此外，肺癌模型中，DNA纳米机器人给药组的小鼠肺部甚至显示出自我修复的能力。虽然这些DNA纳米机器人仍处于小鼠模型阶段，还没有在人类身上进行测试，但它们显示出了治疗癌症的巨大潜力。
项目的研究人员之一聂广军表示：
“我们的研究表明，基于DNA的纳米载体已经被证明是一种有效的、安全的癌症治疗方法。”，“我们目前正在与一家生物技术公司合作，将这种革命性技术转化为一种可行的抗肿瘤治疗方法。”
优势
1）DNA纳米机器人技术导入人体的是DNA和凝血酶，它们本来就是人体内天然存在的物质，生物相容性好，不会产生免疫原性，不会像放疗药物一样对健康细胞的副作用大，能血管内稳定工作，完成任务后在体内能自然代谢降解。
2）DNA纳米机器人能精准地靶向释药，高效完成定点药物输运功能。
发展
1）DNA机器人结构后续发展空间大。DNA分子是集柔韧与强健于一身的碱基长链，能确保经反复扭曲折叠而不断裂；目前DNA折纸技术平台发展较好，有专门的设计软件用于开发。只要设计合理，就可以像拼乐高积木一样，把许多DNA片段拼成想要的形态。该研究共同作者颜颢就表示，课题组的初衷就是“找到可以应用于人类癌症治疗的纳米机器人的设计方法”。
2）DNA纳米机器人个头小，能抵达身体的各个地方。DNA的电化学性质使其能利用电脉冲、计算机编程等方式引导定位。纳米机器人能通过设计成不同三维结构，通过和不同的位点结合携带不同的药物分子多效对抗肿瘤。
3）目前DNA机器人缺陷之一就是它们目前只能完成与细胞表面的分子进行合成，如果治疗目标在细胞内，就会比较棘手。此外，纳米机器人会迅速由肝脏清除或被核酸酶分解。
休斯敦卫理公会医院和威尔康奈尔医学院的生物医学工程师Mauro Ferrari评价道：
“从小鼠模型到人类是一个巨大的工程。目前尚不清楚靶向核蛋白和递送凝血酶是否具有临床意义。
但突破性的是，这是一个平台，研究人员可以用类似的方法做其他研究，这方面意义深远。”
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参考资料：A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo. Nature Biotechnology.2018,36:258–264
Researchers use nanorobots to kill tumors in mice
Cancer-Fighting Nanorobots Programmed To Shrink Tumors
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