我國學者在醫學納米機器人腫瘤治療方面取得進展

　　《Nature Biotechnology》于2018年3月刊發了國家納米科學中心聶廣軍、丁寶全和趙宇亮院士課題組與美國亞利桑那州立大學顏灝課題組合作完成的工作（“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 36: 3, 258-264, 2018）。《Nature Biotechnology》同期以“Smart Cancer Therapy with DNA Origami”為題對該工作進行了專門評述。評述文章認為，中國科學家嘗試利用醫學納米機器人治療腫瘤等惡性疾病，這種新穎的納米機器人將改變人們對藥物輸運的傳統觀念，為更有效的腫瘤治療提供全新策略。

圖：DNA納米機器人的設計和工作原理

　　惡性腫瘤（癌癥）是危害人類健康的一大殺手。腫瘤的血管系統與腫瘤的生長、侵襲及轉移密切相關。通過阻塞腫瘤血管的營養和氧氣輸運從而“餓死” 腫瘤的治療思路目前已廣泛應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） 是機體凝血系統的一種關鍵酶，能夠快速高效地誘導血栓形成。如果將凝血酶作為特定的“貨物”裝載在納米機器內部，靶向運輸并精確釋放至腫瘤血管，誘導凝血產生血栓，就可以通過栓塞腫瘤達到高效抑制腫瘤生長和轉移的目的。

　　根據這種看似“異想天開”的設想，國家納米科學中心團隊發展了基于超分子自組裝的DNA納米機器人，用于活體運輸凝血酶進行腫瘤治療。該工作利用DNA折紙術構建智能化的分子機器，通過自組裝將“貨物”凝血酶包裹在分子機器的內部空腔，使其與外界底物隔絕而處于非活性狀態；分子機器兩端裝載有“雷達”核酸適配體，提供靶向識別和定位功能；當DNA納米機器人到達腫瘤血管時，納米機器上的“鎖”識別特異標志物而發生結構變化，使得 “鎖”從閉合狀態變為開啟狀態，整個納米機器由管狀結構打開變為平面結構，暴露出內部裝載的“貨物”進而實現誘導栓塞的功能。

　　國家納米科學中心團隊在細胞和活體水平分別進行了驗證，結果顯示這種DNA納米機器人可以實現凝血酶在活體內的精準運輸和定點栓塞，對于包括乳腺原位腫瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原發肺部腫瘤在內的多種腫瘤都有良好的治療效果。由于NDA納米機器人可以實現精確的腫瘤定位，整個體系有效用量很低；同時DNA納米機器人還有極好的識別響應功能，僅在腫瘤血管標志物存在時才啟動活化凝血酶。這些性質保證了裝載有凝血酶的DNA納米機器人具有極高的特異性，在小鼠模型和迷你豬模型上都表現出良好的安全性。

　　這種智能化的DNA納米機器人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。以其強大的活體運輸和響應識別功能，作為智能化的給藥平臺，進行多種藥物的聯合高效遞送。有望對傳統難以成藥的物質（如毒素、蛇毒蛋白等）實現有效包載和智能遞送，進而推動全新抗腫瘤藥物的開發，在納米藥物領域具有廣闊的應用前景。

　　該工作得到了《Nature Reviews Cancer》（“DNA nanorobots-seek and destroy”）和《Science Translational Medicine》（“Tumor-hunting nanorobots”）的專門評述以及F1000Prime推薦。國家自然科學基金、科技部納米重點專項和重點研發計劃、中國科學院前沿科學重點研究計劃、北京市科委科技計劃、國家杰出青年基金等對該研究提供了資助。國家納米科學中心的李素萍、蔣喬、劉少利和張銀龍為本文的共同第一作者。