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斷血流奈米機器人 殺癌於無形

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奈米醫學是一個全新的領域,科學家期待透過奈米技術,開創一條全新的治療方向,例如製作微小的奈米粒子來診斷和治療許多難以醫治的疾病,特別是癌症。然而,奈米醫學仍遇到許多挑戰,如何建構和精密地控制奈米機器人,標靶並抑制癌症腫瘤,同時也不傷害任何健康細胞等,都是尚未克服的課題。

近日,亞利桑那州立大學(Arizona State University)研究團隊與中國科學院國家奈米科學中心(National Center for Nanoscience and Technology,NCNST)研究團隊攜手,在奈米醫學領域取得重大進展,他們已成功編程奈米機器人,使它們能在血液中運行,標靶腫瘤,然後遞送一種能使血液凝結的凝血酶(thrombin),進而切斷腫瘤環境的血液供應,最後促使小鼠中的癌細胞死亡,該研究刊登於《自然生物技術》(Nature Biotechnology)期刊。

該研究團隊建構出一種能自我組裝的長方形 DNA 摺紙片(DNA-origami sheet),接著將凝血酶連接到這種 DNA 摺紙片上。隨後,他們將 DNA 適體(aptamer)連接到這種長方形 DNA 摺紙片的長邊上,進而形成攜帶凝血酶的管狀奈米機器人。DNA 適體能專一地標靶核仁素(nucleolin),而核仁素僅在腫瘤內皮細胞表面上表現,健康細胞表面是無表現的。當這些 DNA 適體與腫瘤血管細胞表面上的核仁素結合時,它們就會一起脫落,奈米機器人打開,從而暴露它攜帶的凝血酶。

該研究團隊接續將這些奈米機器人經由靜脈注射至攜帶著人類乳癌腫瘤的小鼠體內。奈米機器人會標靶腫瘤部位上的血管細胞,並且在 48 小時內,會有許多血凝塊產生,但小鼠的其他部位卻無血液凝結之情形。與對照小鼠組相比,這些血凝塊將導致腫瘤細胞壞死,腫瘤縮小,而且有更長的存活期。他們還發現在黑色素瘤(melanoma)小鼠模型和人類卵巢癌(ovarian)細胞異種移植的小鼠中,使用奈米機器人治療,會提高小鼠的存活率,並促使腫瘤縮小。

亞利桑那州立大學 Hao Yan 博士與 Milton Glick 教授和指出,他們開發出第一個完全自主化的 DNA 機器人系統,可應用於非常精確的藥物設計和標靶癌症治療。此外,這項技術是治療多種類型癌症,因為所有固體腫瘤中的血液供應的基本原理都是相同的。

延伸閱讀:CRISPR 搭配奈米動機與超音波 基因編輯高效率

參考資料:
1. Nature Biotechnology. Published online:12 February 2018. https://www.nature.com/articles/nbt.4071
2. https://asunow.asu.edu/20180212-discoveries-cancer-fighting-nanorobots-seek-and-destroy-tumors
3. https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/51717/title/DNA-Robots-Target-Cancer/

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