DNA折纸选择性地触发细胞毒性使癌症折叠

卡罗琳斯卡医学院的科学家利用DNA折纸技术设计了纳米机器人，其中隐藏着一个癌症杀伤开关，只有暴露在肿瘤环境中才会被激活。他们在一篇新的《自然纳米技术》论文中分享了有关纳米结构及其在小鼠肿瘤中应用的详细信息，论文标题为“一种具有调节自主显示细胞毒性配体纳米图案的DNA机器人开关”。

此前，卡罗琳斯卡团队开发出一种纳米结构，能够容纳六种肽，这些肽以六边形图案组装而成。在适当的条件下，“这种六边形纳米肽图案会成为一种致命武器”，卡罗琳斯卡医学生物化学和生物物理学系教授、该研究的资深作者BjörnHögberg博士说。这是因为这些肽可以“自主且有选择地开启肿瘤微环境中细胞毒性配体模式的展示”，从而触发细胞中的凋亡机制。

然而，挑战在于这些肽也能与健康细胞相互作用，因此“如果你把它当作药物使用，它会不分青红皂白地开始杀死体内的细胞，”霍格伯格解释道。“为了解决这个问题，我们将武器藏在由DNA构建的纳米结构中。”

如论文所述，该团队设计的折纸是“一个不对称的双圆柱体，空心头部高24纳米，实心茎部高15纳米。头部有一个14纳米深的空腔，特定的寡核苷酸……位于其中，充当典型折纸钉和配体修饰寡核苷酸结合位点之间的桥梁。”这些寡核苷酸或微型支架用于“与肽配体功能化的寡核苷酸杂交，该寡核苷酸带有一个形成双螺旋(杂交区域)的序列，该微型支架还带有一个额外的三链形成寡核苷酸(TFO)序列，”研究人员写道。

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。具体来说，“当pH值下降时，肽-DNA结合物的TFO会形成tsDNA，迫使原本隐藏在腔体中的六条肽以六边形图案显示在折纸的顶面上。”

研究人员利用试管中的细胞证明，在正常pH值下，肽开关仍隐藏在纳米结构内。当pH值降至6.5时，它就会被激活。事实上，“24小时和48小时后，分别只有不到20%和10%的细胞存活下来，”研究人员写道。“我们成功地将武器隐藏起来，使其只能暴露在实体肿瘤内部和周围的环境中，”Högberg说。“这意味着我们创造了一种可以专门瞄准和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。他们报告称，与接受无活性纳米机器人的对照组小鼠相比，这种治疗方法使肿瘤生长减少了70%。

下一步，科学家们计划研究这种治疗方法是否适用于更先进的癌症模型，这些模型与人类疾病相似，以及在人类身上进行这种治疗可能产生的任何副作用。他们还将研究通过将蛋白质或肽附着在结构表面来提高纳米机器人的精确度的可行性，这些蛋白质或肽可以特异性地与某些癌症类型结合。