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纳米机器人——一种更智能、更有针对性的癌症治疗方法

工程技术纳米机器人——一种更智能、更有针对性的癌症治疗方法

在最近的一项研究中,研究人员首次开发出一种完全自主的纳米机器人系统,专门针对癌症

在纳米医学(将纳米技术与医学相结合的领域)的重大进步中,研究人员开发了使用非常小的分子大小的纳米粒子(接近 10-9m 纳米微观尺度的机器或机器人)进行治疗的新途径目标 癌症,在发表在这项非凡的研究中 自然·生物技术“.

DNA折纸纳米机器人:神奇的转运体

的DNA 折纸是一种将 DNA 折叠到纳米级的过程,用于构建最小尺度的活性结构(折纸与折纸艺术一样)。 DNA 是一个巨大的信息存储库,因此由它构建的结​​构可以用作信息载体。 根据这种能力,这些 DNA 纳米粒子 (或“DNA 纳米机器人”或“纳米机器人”或简称“纳米机器人”)可以为人体的特定任务以最小的尺度移动和提升货物,因此适用于许多 纳米机器人 应用。这种纳米机器人的大小比一根人的头发丝小 1000 倍。 在过去的二十年里,纳米机器人这个领域充满了兴奋,许多专家一直专注于开发基于 DNA 的这种纳米级结构,这些结构可以将自己折叠成各种形状和大小,以彻底改变医学,尤其是治疗和药物输送。

纳米机器人技术现在被广泛使用,并且已经彻底改变了医学成像、设备、传感器、能源系统和医学等领域。 在医学上,纳米机器人具有显着的优势,主要是因为它们不会产生任何有害活动,没有可能的副作用,并且非常具体,它们将针对身体的哪个部位进行操作。 纳米机器人的初始开发成本可能很高,但通过传统的批处理方法进行制造可以在很大程度上降低成本。此外,纳米机器人的微小尺寸使其成为靶向细菌和病毒的理想选择。 此外,一个微小的纳米机器人可以很容易地注入体内,它很容易漂浮在血液(循环系统)中,有助于发现问题并进行治疗。 纳米机器人在癌症研究中具有重要意义,因为它们可以作为化疗的无痛替代品,否则会给患者带来巨大的压力并给患者带来巨大的个人和经济负担。 化疗不仅是治疗癌症的严酷方法,而且除了攻击癌细胞外,该过程还会在全身产生多种副作用。 然而,科学还没有发现任何新的化疗替代方案来治疗这种称为癌症的危及生命的疾病。 Nanobots 有可能在未来几年改变这种情况,因为它是一种更有效、更智能和更有针对性的癌症替代疗法。

靶向癌症

在最近的这项研究中,美国亚利桑那州立大学和国家中心之间的合作 纳米 北京中科院科技部的研究人员成功设计、制造并精心控制了自动化纳米机器人,能够主动寻找并精确摧毁体内的癌性肿瘤——同时不伤害任何健康细胞。 他们通过设计和使用非常简单直接的策略来寻找和摧毁肿瘤,克服了困扰纳米科学家二十多年的几个挑战。 该策略是通过使用基于 DNA 的纳米机器人诱导血液凝固进入肿瘤细胞,从而特异性地切断肿瘤细胞的血液供应。 因此,他们想到了一些看似简单的事情——将一种关键的凝血酶(称为凝血酶)附着在扁平的纳米级 DNA 折纸纳米机器人的表面。 平均四个凝血酶分子附着在 的DNA 大小为 90 纳米 x 60 纳米的折纸。 这个平板像一张纸一样折叠起来,使纳米机器人成型为中空管的形状。 这些纳米机器人被注射到一只老鼠身上(它被肿瘤侵袭性生长所诱导),它们在整个血流中移动,到达并结合到它的目标——肿瘤。随后,纳米机器人的货物——凝血酶——被输送,从而阻断了导致肿瘤血流促进肿瘤生长的血管内的血液凝固,导致肿瘤组织的破坏或细胞死亡。 有趣的是,整个过程发生得非常迅速,纳米机器人在注射后数小时内包围了肿瘤。 注射 36 小时后,在所有肿瘤细胞中观察到晚期血栓形成的证据。

此外,作者还考虑在纳米机器人(称为 DNA 适体)的表面包含一个特殊的有效载荷,该有效载荷将专门针对一种称为核仁素的蛋白质,该蛋白质仅在肿瘤细胞表面大量产生,从而减少纳米机器人攻击健康细胞的机会为零。这些纳米机器人不仅减少和杀死了肿瘤细胞,而且还防止了转移——远处部位的继发性癌生长。

安全性和有效性

作者强调,纳米机器人用于小鼠甚至猪是安全且免疫惰性的,并且纳米机器人的使用未显示其他地方的正常血液凝固或细胞结构或大脑的任何后备液发生变化。 因此,它们被指定为安全有效地靶向和缩小肿瘤,没有任何可能的副作用。 大多数纳米机器人也被发现在 24 小时后降解并从体内清除。 虽然纳米机器人可以设计成“复制纳米机器人”模型,这可以理解为降低成本,因为制作了一些副本并且其他纳米机器人是自我生成的,但很明显,这种方法只能应用于特殊情况. 就医学领域而言,还需要有一个万无一失的终止开关,以防止任何极端情况发生。法律当局需要制定法规,以避免在医学中滥用纳米机器人,例如武器化纳米机器人。 权衡所有因素后,纳米机器人的功效使我们意识到它们不容忽视,研究其潜在的纳米机器人将成为未来医学的重要组成部分。

一种类似的方法可以用于人类,因为作者已经表明,该系统也在原发性小鼠肺癌模型上进行了测试——该模型模拟了人类肺部的临床病程。 癌症 患者 - 并在两周治疗后显示肿瘤消退。 此外,这些研究是在小鼠身上进行的,在两周内,在动物身上观察到了类似的对乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌和肺癌的明显影响。 然而,这项研究需要在人类身上进行,以确认类似结果的合理性,并且需要进行强有力的临床试验来实现相同的结果。

一种非常聪明和有针对性的攻击癌症的方法

癌症治疗的主要挑战之一是仔细并正确地区分癌症肿瘤细胞和正常、健康的身体细胞。 传统的逃避和杀死肿瘤细胞的方法——化学疗法和放射疗法——不能在不与正常身体细胞相互作用的情况下选择性地靶向肿瘤细胞。 因此,化学疗法和放射疗法往往会引起严重的副作用,无论是轻微的还是严重的,包括器官损伤,这会导致对癌症的治疗非常不利,因此患者的存活率很低。 本研究中描述的纳米机器人是哺乳动物中的首创,它们在识别肿瘤细胞和减少其生长和增殖方面非常强大和有效。 这种 DNA 机器人系统可用于针对多种类型的癌症进行精确的靶向治疗,因为所有实体瘤的供血血管基本相同。

这项研究为未来利用技术进步开始思考和规划实用的医疗解决方案铺平了道路。 癌症研究的最终目标是成功根除实体瘤,没有严重的副作用并减少转移。 看着这项研究,我们看到了对未来的巨大希望,在这种情况下,当前的策略可能是实现解决癌症最终目标的理想选择。 不仅是癌症,该策略还可以开发为用于治疗许多其他疾病的药物输送平台,因为该方法将简单地修改纳米机器人的结构并改变装载的货物。 此外,纳米机器人可以帮助我们进一步了解人体和大脑的复杂性。 这也将有助于进行无痛和非侵入性手术,即使是最复杂的手术。假设在这一点上,由于纳米机器人的大小,纳米机器人也可以浏览脑细胞并生成进一步研究所需的所有相关信息。 在未来,假设从现在起二十年后,纳米机器人的单次注射可能能够完全治愈疾病。

***

{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Li S 等人,2018 年。DNA 纳米机器人在体内对分子触发作出反应,起到癌症治疗剂的作用。 自然·生物技术“https://doi.org/10.1038/nbt.4071

赛欧团队
赛欧团队https://www.ScientificEuropean.co.uk
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