一组研究人员通过利用具有DNA条形码的金纳米颗粒，创造了一种创新的方法来提高癌症治疗的精准度。
来自新加坡国立大学（NUS）的一组研究人员通过利用具有DNA条形码的金纳米颗粒，创造了一种创新的方法来提高癌症治疗的精准度。
在新加坡国立大学设计与工程学院以及健康创新与技术研究所的生物医学工程系助理教授Andy Tay的指导下，这项研究揭示了金纳米颗粒，特别是三角形的金纳米颗粒，在递送治疗性核酸和通过光热疗法加热癌细胞方面特别有效。这些结果突显出某些形状更易被肿瘤细胞吸收，为更有效和更安全的个性化癌症治疗铺平了道路。
该团队的开创性技术在2024年11月24日于《先进功能材料》上发表，允许对各种纳米颗粒形状、大小和修饰进行高速筛选，从而降低了筛选过程中的成本。这种方法不仅对癌症治疗具有重要意义，还可以在更广泛的治疗背景中应用，包括RNA递送和在特定器官中靶向特定疾病。
大小和形状的重要性
金不仅仅具有装饰价值。当缩小到大约人类头发宽度的千分之一时，金纳米颗粒作为癌症治疗的关键角色浮现。这些微小颗粒在光热疗法中被利用，吸收特定光波长并将其转化为热量，摧毁附近的癌细胞。此外，金纳米颗粒还可以作为载体，将药物直接送到特定的肿瘤区域。
“为使金纳米颗粒有效运行，它们必须首先到达预定的地点，”Tay助理教授表示。“想象一下这就像一个带着特殊钥匙的快递员——没有正确的钥匙，包裹无法通过锁。”
实现这种精确靶向需要确定理想的纳米颗粒设计——其形状、尺寸和表面特征必须与目标细胞的偏好相匹配。然而，目前的筛选方法在发现最佳设计时就像大海捞针，常常无法抓住肿瘤中各种细胞类型的独特偏好，包括免疫细胞、内皮细胞和癌细胞。
为了解决这些挑战，NUS团队采用了DNA条形码技术。每个纳米颗粒携带独特的DNA序列，使研究人员能够标记和监控单个设计，类似于包裹在运输系统中的注册。这项技术使得可以同时在活体生物中跟踪多个纳米颗粒设计，因为这些序列可以轻松提取和分析，以确定纳米颗粒在体内的位置。
“我们利用硫醇功能化将DNA条形码牢固地固定在金纳米颗粒的表面。这确保了条形码的稳定性，抵抗酶的降解，并且不会干扰细胞对它们的吸收，”Tay助理教授解释道，强调了他们方法的一个关键方面。
为了验证他们的发现，研究人员制造了六种不同形状和大小的纳米颗粒，观察它们在各种细胞类型中的分布和吸收。他们发现，尽管圆形纳米颗粒在实验室条件下吸收不良，但在临床前模型中针对肿瘤时却非常有效，因为它们较不容易被免疫系统消除。相反，三角形纳米颗粒在实验室和现场测试中表现优异，展现出高度的细胞吸收能力和强大的加热能力。
提高癌症治疗的安全性
该团队的研究突显了纳米颗粒与生物系统之间的相互作用，强调需要调和体外和体内结果之间的差异，正如对圆形金纳米颗粒的发现所示。这些见解可能为开发可适应的纳米颗粒或中间设计提供参考，以优化药物递送的各个阶段。
该研究还揭示了除球体以外的纳米颗粒形状未被探索的可能性，目前主要由美国食品药品监督管理局授权。DNA条形码技术还可以用于分析其他无机纳米颗粒，如铁和硅，尤其是在活体中，从而扩大药物递送和精准医学的机会。
面向未来，研究人员正在扩展他们的纳米颗粒库，新增30种设计，以识别能够靶向特定亚细胞器的候选者。成功的候选者将进行基因沉默和乳腺癌光热疗法的有效性测试。Tay助理教授还提到，这些发现可能大大增强我们对RNA生物学的理解，并完善RNA递送方法，这在各种疾病的治疗中越来越相关。
“我们解决了癌症治疗中的一个重大挑战——确保药物更精确地到达癌症组织，”Tay助理教授表示。“目前基于纳米颗粒的药物往往假设在各个器官中均匀递送，但现实是不同器官的反应各不相同。通过专门为靶向器官递送设计的纳米颗粒，我们可以提高癌症护理及其他领域纳米医学的安全性和有效性。”
