DNA“分子機器人”能為靶細胞貼標簽

日期：2013-08-13 11:27:55

據(jù)報道，美國哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院與特種外科醫(yī)院的研究人員合作，用DNA分子創(chuàng)建了一支細胞“機器人艦隊”，這些納米尺度的“分子機器人”可以對特定的人類細胞進行導(dǎo)向目標追蹤并做上標記，以便進行藥物治療或者將其摧毀。發(fā)表在7月28日《自然·納米技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)版上的論文對這一系統(tǒng)進行了詳細介紹。

按照設(shè)計，這些部分附著有抗體的“分子機器人”能夠?qū)ふ乙唤M特定的人類血細胞，然后在細胞表面貼上熒光標記。“這為利用這種分子來瞄準、治療或殺死特定細胞，而不影響與之類似的健康細胞提供了可能性。”該研究的資深研究員、哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授米蘭·斯托亞諾維奇說，“我們在實驗中使用熒光標記作為細胞的標簽，但我們可以將其更換成藥物或毒素來殺死細胞。”

相比其他科學(xué)家設(shè)計的向細胞給藥的DNA納米機器人，斯托亞諾維奇的這支“艦隊”的優(yōu)勢在于，其能夠辨別那些不具有單一鮮明特征的細胞群。

細胞很少擁有一個可使自己與所有其他細胞區(qū)分開來的單一的、獨特的特征，癌細胞也一樣，這使得設(shè)計無副作用的藥物很難，因為藥物中針對癌細胞的特定受體也會鎖定擁有相同受體的健康細胞進行攻擊。要更精確地瞄準目標細胞，唯一的方法就是基于一系列特征來識別它們。大型的細胞分選機器可以根據(jù)細胞表面的多種蛋白質(zhì)來區(qū)分，但到目前為止，分子療法尚不具備這種能力。

該研究團隊沒有創(chuàng)建一個單一的復(fù)雜分子來識別細胞表面的多種特征，而是使用了一種不同的、可能更容易的方法：將多個分子組裝成了一個“機器人”。

為了識別一個擁有3個特定表面蛋白的細胞，研究人員首先為“分子機器人”建造了3個不同的組件，每個組件都包含一條雙鏈DNA，DNA鏈上附著有抗體，分別針對3個表面蛋白。當(dāng)將“分子機器人”放入一個細胞群中，其帶有抗體的部位就會分別與特定的蛋白綁定，然后協(xié)同工作。

只有被所有3 個組件鎖定的細胞，“分子機器人”才會對其起作用，并用第4個組件啟動DNA鏈的連鎖反應(yīng)：組件彼此之間交換DNA鏈，直到最后抗體獲得帶有熒光標記的 DNA鏈。因此，當(dāng)連鎖結(jié)束反應(yīng)時——在人類血細胞樣本中不超過15分鐘——只有帶有這3個表面蛋白細胞才會被做上熒光標記。

“我們已經(jīng)用血細胞證明了我們的概念，因為血細胞的表面蛋白是眾所周知的，但在原則上，我們的分子可以在體內(nèi)任何部位部署。”斯托亞諾維奇說。此外，該系統(tǒng)可以進行擴展，用以確定4個、5個乃至更多的表面蛋白。

不過，研究人員還必須證明他們的“分子機器人”在活動物體內(nèi)也能工作，接下來他們將開展老鼠實驗。