DNA折纸术助力癌症治疗：卡罗林斯卡学院开发精准纳米机器人

使用DNA折纸术，卡罗林斯卡学院的科学家设计了包含隐藏癌症杀伤开关的纳米机器人，这一开关仅在肿瘤环境中激活。他们在《自然·纳米技术》杂志上发表了一篇题为《一种具有调控自主显示细胞毒性配体纳米图案的DNA机器人开关》的新论文，详细介绍了这种纳米结构及其在小鼠肿瘤中的应用。

此前，卡罗林斯卡团队开发了能够容纳六种肽并以六边形图案组装的纳米结构。在合适的条件下，“这种六边形的肽纳米图案会变成致命武器，”卡罗林斯卡学院医学生物化学和生物物理学系教授、该研究的高级作者Björn Högberg博士说。这是因为这些肽可以“在肿瘤微环境中自主且选择性地开启细胞毒性配体图案的显示”以触发细胞的凋亡机制。

然而，挑战在于这些肽也可能与健康细胞发生作用，所以“如果你将其作为药物使用，它会不分青红皂白地开始杀死体内的细胞，”Högberg解释说。“为了克服这个问题，我们将武器隐藏在一个由DNA构建的纳米结构中。”

如论文中所述，团队设计的折纸结构是“一个非对称的双筒，具有一个24纳米高的中空头部和一个15纳米高的实心柄部。头部有一个14纳米深的腔，其中特定的寡核苷酸……作为典型折纸钉和配体装饰的寡核苷酸结合位点之间的桥梁。”这些寡核苷酸或微小支架用于“杂交一个肽配体功能化的寡核苷酸，这个寡核苷酸带有一个形成双螺旋（杂交区域）的序列以及一个三螺旋形成寡核苷酸（TFO）的附加序列。”

激活杀伤开关的关键是癌细胞周围酸性微环境中的低pH值。具体而言，“当pH值下降时，肽-DNA共轭物的TFO形成三螺旋DNA（tsDNA），迫使原本隐藏在腔内的六个肽在折纸表面以六边形图案显示。”

在试管中的细胞实验中，研究人员证明在正常pH值下，肽开关仍然隐藏在纳米结构内。当pH值降至6.5时，开关被激活。事实上，“在24小时和48小时后，存活的细胞分别少于20%和10%。”研究人员写道。“我们成功地将武器隐藏在只能在实体肿瘤周围的环境中暴露的方式下，”Högberg说。“这意味着我们创造了一种可以专门针对并杀死癌细胞的纳米机器人。”

接下来，研究人员在人类乳腺癌小鼠模型中测试了这种治疗方法。结果显示，与接受无活性纳米机器人治疗的对照小鼠相比，这种治疗方法使肿瘤生长减少了70%。

科学家们计划在下一步研究中，探讨该治疗方法在更高级的、类似人类疾病的癌症模型中的效果，以及在人体中使用这种治疗的潜在副作用。他们还将研究通过在结构表面附加特异性结合某些癌症类型的蛋白质或肽，使纳米机器人更加精确的可行性。

参考文献：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01676-4