【Nature子刊】精准定量和定位！DNA纳米转运蛋白解决癌症治疗最大挑战

治愈疾病面临的最大挑战之一：

始终维持药物最佳剂量

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幸运的是，上述挑战有望从我们人体自身的生物学系统运作机理中找到解决方法。大自然已经发展出各种机制来实现分子的最佳自我调节剂量。例如，蛋白质转运蛋白在人体内扮演了分子缓冲剂的角色——通过类似于pH缓冲液的机制，这些蛋白质转运蛋白能够维持游离活性分子的精确浓度；此外，这些转运蛋白与其分子之间相互作用的强度决定了游离分子的精确浓度。例如，甲状腺素结合球蛋白（TBG）以270nM的高浓度在血液中循环，并运输100nM的大量无活性甲状腺素分子，同时将游离活性甲状腺素浓度保持在22.5pM16。

上述来自自然的灵感促使了加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席Vallé-Belisle教授和他的研究团队开始开发人造药物转运蛋白（artificial drug transporters），旨在通过该人造药物转运蛋白来维持疾病治疗期间药物的精准浓度。

DNA“纳米转运蛋白”应用于药物递送的四大优势

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近日，Vallé-Belisle教授及其研究团队（所属蒙特利尔大学，UdeM）设计并验证了一类由DNA制成的新型药物转运蛋白——这种药物转运蛋白的大小仅为人类头发的两万分之一，可以通过化学编程来提供最佳浓度的药物，有望改善癌症等疾病的治疗。该研究于11月4日发表于《自然通讯》（Nature Communications）。

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33491-7

该研究的第一作者、UdeM博士生Arnaud Desrosiers确定并开发了两种DNA转运蛋白：一种转运名为“奎宁（quinine）”的抗疟疾药物；另一中转运名为“阿霉素（doxorubicin）”的药物（一种治疗白血病等多种癌症的常用化疗药物）。

之所以使用DNA来构造人药物转运蛋白，研究团队在论文中给出了如下解释：（1）像抗体一样，可以选择DNA分子来结合各种具有高选择性和特异性的分子靶标，如核酸适配体（aptamers）；（2）与抗体不同的是，DNA合成简单、价格低廉，并支持简单添加各种修饰基团，可以稳定并大幅增加血液循环中的DNA半衰期；（3）DNA的简单碱基配对代码可以轻松调整其对靶标的结合亲和力；（4）核酸已越来越多地被用作药物或药物载体；（5）奎宁（quinine）和阿霉素（doxorubicin）的荧光性在与其DNA结合序列结合时将被淬灭，因此能够有效定量游离药物浓度。

研究团队开发了具有自我调节特性的仿生可编程药物缓冲液。

此研究表明，这些可编程缓冲液保持游离药物的恒定浓度，并使其药代动力学和生物分布得以调整。

在此研究中，通过分子缓冲液的体外及体内概念验证，研究者们证明了DNA“纳米转运蛋白”应用于药物递送的四大优势：（1）DNA“纳米转运蛋白”可以被化学编程，并递送和维持任何特定的药物浓度值。（2）这些纳米转运蛋白也可以用作药物储存库，以延长药物的作用并在治疗期间最小化药物剂量。（3）纳米转运蛋白可以被引导到最需要药物的身体特定部位，帮助减少药物的副作用。例如，该纳米转运蛋白能允许阿霉素维持在血液中，并大大减少其向心脏、肺和胰腺等关键器官的扩散。在用该制剂治疗的小鼠中，阿霉素在其血液中的维持时间延长了18倍，心脏毒性也降低了。（4）DNA“纳米转运蛋白”具有高通用性——由于DNA和蛋白质化学的高度可编程性，科学家也可以设计这些转运蛋白来精确地输送各种治疗性分子（threrapeutic molecules）。

Vallé-Belisle教授补充说：“此外，这些转运蛋白还可以与人类设计的脂质细胞转运蛋白相结合——目前，这些脂质细胞转运蛋白被用于以不同的速率输送药物。”

用于血癌的临床研究

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接下来，研究人员计划验证此项研究成果的临床效率。他们认为，由于他们设计的阿霉素纳米转运蛋白被编程为最佳地维持血液循环中的药物，因此治疗血癌可能是理想的选择。

“我们设想也可以开发类似的纳米转运蛋白，以将药物输送到身体的其他特定位置，并最大限度地提高药物在肿瘤部位的存在，”Vallée-Bélisle教授表示，“这将大大提高药物的效率，并减少其副作用。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33491-7

https://phys.org/news/2022-11-dna-nanotransporters-cancer.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。