科学家开发出一种由DNA制成的微小纳米设备用以治疗癌症

“正如分子生物学家Inder Verma所说的那样，当涉及到药物输送时，问题在于输送、输送和输送，”化学系教授及该研究的论文作者Yamuna Krishnan说道，“这些DNA纳米装置现在使药物输送具有超强的特异性，这使得我们能够想到治疗癌症的方法，而不杀死治疗药物所输送的细胞。”

这些纳米设备的重点是一种被称为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的特殊类型的细胞。巨噬细胞是一种免疫细胞，通常应该能够识别并清除细胞中的微生物、细胞碎片和其他外来物质；但如果它们出了问题，它们可能成为癌症肿瘤的关键部分。在三阴性乳腺癌中，TAMs可以占到肿瘤质量的50%。

然而，“尽管TAMs在实体瘤中的丰度很高，但它们对肿瘤发展的影响和针对它们的治疗策略的机制却不完全了解，”研究论文共同作者、Ben May癌症研究系副教授Lev Becker指出。

这些TAMs的重要性可以追溯到免疫系统如何识别癌细胞。有一种叫做CD8+T细胞的免疫细胞亚群在识别和杀死癌细胞方面至关重要。这些CD8+T细胞可以通过跟癌性巨噬细胞表面被称为“抗原”的分子结构结合而被激活以应对威胁。然而当TAMs不呈现抗原时，这一策略就会出错，因此没有任何东西可供T细胞识别。

Becker的研究小组发现，TAMs携带着一种叫做半胱氨酸蛋白酶的高水平的酶。他们知道这些特殊的酶生活在溶酶体中，溶酶体作为细胞的“胃”发挥作用，因此Becker的见解是，它们可能“过度消化”了肿瘤抗原--从而将癌细胞从巡逻的CD8+T细胞中隐藏起来。

为了测试这个想法，Becker的小组需要证明问题确实在于溶酶体在吞噬抗原。因此他们使用了巨噬细胞缺乏一种调节溶酶体水平和活性的蛋白质的小鼠。他们发现，这些小鼠的TAMs中的溶酶体确实没有那么多地破坏抗原。这最终使CD8+T细胞能够“看到”并攻击肿瘤。

接下来，他们需要找出一种方法来针对这一过程进行治疗。

与此同时，作为DNA纳米技术专家的Krishnan最近开发了将由DNA制成的微小纳米装置直接发送到模型生物中特定免疫细胞的溶酶体的专业知识。这两个实验室合作来克服这一挑战。

Kasturi Chakraborty是Krishnan实验室的前研究生，现在是Becker实验室的博士后学者，他开发了一种微小的DNA纳米装置--可以传递一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂。当Becker实验室的研究生Chang Cui将其注射到一只患有肿瘤的小鼠体内时，这种纳米装置优先针对TAMs内的溶酶体，并且在那里，它阻止了酶对抗原的破坏--使它们再次被巡逻的免疫细胞“看见”。

将这种DNA纳米装置跟前线化疗相结合在小鼠试验中导致了三阴性乳腺癌模型的持续肿瘤消退。这一结果令人兴奋，因为这种类型的癌症特别难以治疗。

与此同时，这也是一种跟研究人员认为的治疗癌症的标准方式根本不同的方法。Krishnan说道：“当我们瞄准一种药物时，成功通常意味着你已经杀死了你想要瞄准的细胞。然而，在我们的方法中，我们的意图不是杀死目标细胞，而是对它们进行重新编程并改变它们的特性。一旦纳米设备触发了TAM中的开关，自然免疫力就会照顾到其余的部分。”

研究人员希望这种利用DNA纳米装置的新细胞器特异性递送是下一代的药物靶向。

科学家们称，它甚至可以超越癌症，因为对巨噬细胞的特异性递送可以影响到免疫力出现问题的广泛疾病。

Chakraborty表示：“你不会只在化学实验室或免疫学实验室看到这项工作。在芝加哥大学，化学家和生物学家在同一栋楼里，所以有一个轻松的互动流程，环境真的鼓励跨学科科学。”