科學家開發出一種由DNA制成的微小納米設備用以治療癌癥

“正如分子生物學家Inder Verma所說的那樣，當涉及到藥物輸送時，問題在于輸送、輸送和輸送，”化學系教授及該研究的論文作者Yamuna Krishnan說道，“這些DNA納米裝置現在使藥物輸送具有超強的特異性，這使得我們能夠想到治療癌癥的方法，而不殺死治療藥物所輸送的細胞。”

這些納米設備的重點是一種被稱為腫瘤相關巨噬細胞(TAMs)的特殊類型的細胞。巨噬細胞是一種免疫細胞，通常應該能夠識別并清除細胞中的微生物、細胞碎片和其他外來物質；但如果它們出了問題，它們可能成為癌癥腫瘤的關鍵部分。在三陰性乳腺癌中，TAMs可以占到腫瘤質量的50%。

然而，“盡管TAMs在實體瘤中的豐度很高，但它們對腫瘤發展的影響和針對它們的治療策略的機制卻不完全了解，”研究論文共同作者、Ben May癌癥研究系副教授Lev Becker指出。

這些TAMs的重要性可以追溯到免疫系統如何識別癌細胞。有一種叫做CD8+T細胞的免疫細胞亞群在識別和殺死癌細胞方面至關重要。這些CD8+T細胞可以通過跟癌性巨噬細胞表面被稱為“抗原”的分子結構結合而被激活以應對威脅。然而當TAMs不呈現抗原時，這一策略就會出錯，因此沒有任何東西可供T細胞識別。

Becker的研究小組發現，TAMs攜帶著一種叫做半胱氨酸蛋白酶的高水平的酶。他們知道這些特殊的酶生活在溶酶體中，溶酶體作為細胞的“胃”發揮作用，因此Becker的見解是，它們可能“過度消化”了腫瘤抗原--從而將癌細胞從巡邏的CD8+T細胞中隱藏起來。

為了測試這個想法，Becker的小組需要證明問題確實在于溶酶體在吞噬抗原。因此他們使用了巨噬細胞缺乏一種調節溶酶體水平和活性的蛋白質的小鼠。他們發現，這些小鼠的TAMs中的溶酶體確實沒有那么多地破壞抗原。這最終使CD8+T細胞能夠“看到”并攻擊腫瘤。

接下來，他們需要找出一種方法來針對這一過程進行治療。

與此同時，作為DNA納米技術專家的Krishnan最近開發了將由DNA制成的微小納米裝置直接發送到模型生物中特定免疫細胞的溶酶體的專業知識。這兩個實驗室合作來克服這一挑戰。

Kasturi Chakraborty是Krishnan實驗室的前研究生，現在是Becker實驗室的博士后學者，他開發了一種微小的DNA納米裝置--可以傳遞一種半胱氨酸蛋白酶抑制劑。當Becker實驗室的研究生Chang Cui將其注射到一只患有腫瘤的小鼠體內時，這種納米裝置優先針對TAMs內的溶酶體，并且在那里，它阻止了酶對抗原的破壞--使它們再次被巡邏的免疫細胞“看見”。

將這種DNA納米裝置跟前線化療相結合在小鼠試驗中導致了三陰性乳腺癌模型的持續腫瘤消退。這一結果令人興奮，因為這種類型的癌癥特別難以治療。

與此同時，這也是一種跟研究人員認為的治療癌癥的標準方式根本不同的方法。Krishnan說道：“當我們瞄準一種藥物時，成功通常意味著你已經殺死了你想要瞄準的細胞。然而，在我們的方法中，我們的意圖不是殺死目標細胞，而是對它們進行重新編程并改變它們的特性。一旦納米設備觸發了TAM中的開關，自然免疫力就會照顧到其余的部分。”

研究人員希望這種利用DNA納米裝置的新細胞器特異性遞送是下一代的藥物靶向。

科學家們稱，它甚至可以超越癌癥，因為對巨噬細胞的特異性遞送可以影響到免疫力出現問題的廣泛疾病。

Chakraborty表示：“你不會只在化學實驗室或免疫學實驗室看到這項工作。在芝加哥大學，化學家和生物學家在同一棟樓里，所以有一個輕松的互動流程，環境真的鼓勵跨學科科學。”