DNA折纸技术可安全地用于医疗

利用DNA Origami技术，即将互补的DNA链折叠成双螺旋结构，科学家们可以制造出结构复杂的小型设备，这些设备可以被注射到体内，用于运送药物或完成其他任务。

　　

        

小鼠试验表明，这些纳米器件在大剂量下是无害的

由于纳米技术的进步，创造用于生物医学应用的DNA结构的能力已经成为可能，比如创建疫苗接种或药物输送系统，但最近一项针对小鼠的研究探讨了这项技术的安全性。

科学家们可以用一种叫做“DNA折纸”(DO)的方法，建造各种结构复杂的微型设备，这些设备可能被植入体内，用于运输药物或执行其他任务，这种方法包括将互补的DNA链反复折叠成双螺旋。然而，由于这项技术仍处于初级阶段，对于纳米结构是否会导致危险的免疫反应或在动物系统中以其他方式产生毒性，专家们存在分歧。

俄亥俄州立大学的研究人员现在已经迈出了第一步，为这个问题提供了答案。这项最近发表在《Small》杂志上的研究发现，虽然大量的DNA设备可能会在一定程度上影响免疫系统，但还没有明显到对人体有害的程度。他们的研究结果还表明，不同的形状可能对某些医学应用更有益。

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学机械与航空航天工程研究科学家克里斯托弗·卢卡斯(Christopher Lucas)说:“DNA的结构令人难以置信，它是如何以非常协调的方式被操纵和设计成纳米机器人的。我们相信，这项具有巨大潜力的技术可以用于诊断、治疗和预防疾病。”

为了测试这样做是否安全，Lucas的团队用小鼠来比较两种不同纳米结构的生物分布和毒性:一种是被称为“Tri”的单层二维平面三角结构，另一种是被称为“Horse”的三维棒状结构。在10天的时间里，大约60只雌性小鼠连续IV注射两种DO结构。但为了真正测试安全性，研究人员反复给小鼠注射的药物浓度是之前研究的10倍。

研究人员确实发现，Tri和Horse产生了依赖形状的炎症反应，但由于随着时间的推移，这种反应会减弱，他们表明，从长期来看，免疫反应相对无害。Lucas说:“这是一种适度的免疫反应，但对动物没有毒性。了解这一点对我们走向临床前开发非常关键，并为药物输送应用做好了技术准备。”

当实验结束时，研究小组还收集了小鼠的所有主要器官、血液和尿液，并对其进行成像，以跟踪该设备在全身的最终分布。结果表明，这两种类型的纳米结构都被多种免疫细胞内化，但由于它们最初的浓度和它们在体内渗透的时间不同，留下的DO的数量仍然不同。Lucas说，由于纳米结构具有生物相容性，因此它们清理人体的速度也相对较快。这是一件好事，尤其是如果科学家想要确保这些设备能够只针对病变细胞。

但很难预测其他种类的纳米结构在人类或动物体内可能遇到的挑战。

研究报告的合著者、机械与航空航天工程教授卡洛斯·卡斯特罗(Carlos Castro)说:“一旦你把东西放入生物系统，就会有太多的可变性需要考虑。”

至于下一步，由于他们已经证明了这项技术对小鼠没有毒性，研究小组希望开始在这些设备上装载化疗药物，并开始学习如何使用这些设备有效地瞄准动物体内的癌细胞。Castro说:“我们只是触及了表面。我们揭示了一系列全新的有趣问题，我们可以深入挖掘。”

参考资料:“DNA Origami Nanostructures Elicit Dose-Dependent Immunogenicity and Are Nontoxic up to High Doses In Vivo” by Christopher R. Lucas, Patrick D. Halley, Amjad A. Chowdury, Bonnie K. Harrington, Larry Beaver, Rosa Lapalombella, Amy J. Johnson, Erin K. Hertlein, Mitch A. Phelps, John C. Byrd and Carlos E. Castro, 28 May 2022, Small.
DOI: 10.1002/smll.202108063