DNA“纳米转运体”化学程序治疗癌症的突破

Alexis Vallée-Bélisle和他的团队开发的基于DNA的纳米转运器可以运输和运送精确浓度的药物:在这张图中，阿霉素是一种化疗药物。这些纳米转运蛋白还可以附着在特定的生物分子上，以优化药物的分布。在这里，我们看到一个纳米转运蛋白(白色)附着在白蛋白(粉红色)上，以维持血液循环中的阿霉素(浅蓝色）。

　　

        

一种由DNA组成的新型药物转运体已经被设计出来并得到验证，这种转运体比人类头发小2万倍，可以改善癌症和其他疾病的治疗方法。

这些分子转运体可以通过化学编程来输送最佳浓度的药物，使其比目前的方法更有效。来自蒙特利尔大学(UdeM)的一组加拿大研究人员在一项新研究中报告了这些细节，该研究将于今天(11月2日)发表在《Nature Communications》杂志上。                

在任何时候都服用最佳剂量:一个医学挑战

在整个治疗过程中提供和保持治疗药物剂量是成功治疗疾病的关键方法之一。过度接触治疗会增加副作用。另一方面，次优的治疗暴露降低了效率，通常会导致耐药性。

现代医学的一个主要挑战是保持血液中药物的最佳浓度。由于大多数药物降解很快，患者被迫定期服用多剂量。许多患者经常忘记按时服药，导致低于最佳剂量。因为每个病人的药代动力学特征都不同，所以他们血液中的药物浓度差异很大。

UdeM化学副教授Alexis Vallée-Bélisle是生物纳米技术方面的专家，他观察到只有大约50%的癌症患者在特定的化疗过程中获得了最佳的药物剂量，于是开始探索生物系统如何控制和维持生物分子的浓度。

他说:“我们已经发现，活的生物体使用蛋白质转运体来维持关键分子(如甲状腺激素)的精确浓度，而这些转运体与其分子之间相互作用的强度决定了自由分子的精确浓度。”

这个简单的想法促使Valléé-Belisle和他的研究团队开始开发人工药物转运体，模拟在治疗过程中维持药物精确浓度的自然效果。

UdeM博士生Arnaud Desrosiers是这项研究的第一作者，他最初确定并开发了两种DNA转运体:一种用于抗疟疾药物奎宁，另一种用于治疗乳腺癌和白血病的常用药物阿霉素。然后，他演示了这些人工转运体可以很容易地编程来传输和维持任何特定浓度的药物。

Desrosiers说:“更有趣的是，我们还发现这些纳米转运体也可以用作药物储存库，以延长药物的效果，并在治疗过程中减少药物剂量。这些纳米转运体的另一个令人印象深刻的特点是，它们可以被定向到身体最需要药物的特定部位——这在原则上应该会减少大部分副作用。”

纳米处理小鼠:降低心脏毒性

为了证明这些纳米转运体的有效性，研究人员与法国Université de Bordeaux的药剂师Jeanne Leblond-Chain合作。研究小组使用为阿霉素开发的新型药物转运蛋白，证明了一种特定的药物转运蛋白配方可以使阿霉素保持在血液中，并大幅减少其向心脏、肺和胰腺等关键器官的扩散。

在用这种配方治疗的小鼠中，阿霉素在血液中的维持时间延长了18倍，心脏毒性也降低了，使小鼠更加健康，这从它们正常的体重增加中得到了证明。

“我们的纳米转运体的另一个伟大的特性是它们的高通用性，”Vallée-Bélisle说。“目前，我们已经证明了这些纳米转运蛋白对两种不同药物的工作原理。但由于DNA和蛋白质化学的高度可编程性，人们现在可以设计这些转运体来精确地传递广泛的治疗性分子。此外，这些转运蛋白还可以与人类设计的脂质体转运蛋白结合，后者目前正被用于以不同的速度输送药物。”

血癌的临床研究?

研究人员现在急于验证他们发现的临床效果。他们认为，他们的阿霉素纳米转运蛋白可以最佳地保持药物在血液循环中，它可以用于治疗血癌。

Vallée-Bélisle说:“我们设想，类似的纳米转运体也可以被开发出来，将药物运送到身体的其他特定位置，并将药物最大限度地存在于肿瘤部位。这将大大提高药物的效率，并减少它们的副作用。”

参考文献:“Programmable self-regulated molecular buffers for precise sustained drug delivery” 2 November 2022