使用由DNA制成的微型纳米装置来治疗癌症
芝加哥大学的早期测试显示出用独特方法治疗耐药肿瘤的希望。
治疗癌症最有希望的途径之一是恢复我们的免疫系统识别和攻击癌细胞的能力。芝加哥大学的一个化学家和生物学家团队开发了一种微型设备，可以定位肿瘤细胞并迫使它们向巡逻的免疫细胞展示自己。在对小鼠的测试中，这导致了肿瘤消退。
“就药物输送而言，正如分子生物学家 Inder Verma 所说，问题在于输送、输送和输送，”化学系教授、该研究的作者 Yamuna Krishnan 解释说。“这些DNA纳米装置现在使药物输送具有超特异性，使我们能够想出治疗癌症的方法，而不会杀死治疗药物所输送到的细胞。”
这些纳米装置的重点是一种特殊类型的细胞，称为肿瘤相关巨噬细胞或 TAM。巨噬细胞是一种免疫细胞，通常应该识别并清除细胞中的微生物、细胞碎片和其他外来物质；但如果它们出现问题，它们可能成为癌性肿瘤的关键部分。在三阴性乳腺癌中，TAM 可占肿瘤质量的 50%。
然而，“尽管 TAM 在实体瘤中的含量很高，但它们对肿瘤发展的影响机制以及针对它们的治疗策略尚不完全清楚，”该研究的合著者、本梅癌症研究部副教授 Lev Becker 说。
这些 TAM 的重要性可以追溯到免疫系统如何识别癌细胞。有一种称为 CD8+ T 细胞的免疫细胞亚群对识别和杀死癌细胞至关重要。这些 CD8+ T 细胞可以通过与癌性巨噬细胞表面上称为“抗原”的分子结构结合来对抗威胁。然而，当 TAM 不呈递抗原时，这种策略就会出错，因此 T 细胞无法识别任何东西。
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Becker 的小组发现 TAM 含有高水平的一种称为半胱氨酸蛋白酶的酶。他们知道这些特殊的酶存在于溶酶体中，溶酶体充当细胞的“胃”，因此 Becker 的见解是它们可能“过度消化”肿瘤抗原，从而使癌细胞远离巡逻的 CD8+ T 细胞。
为了验证这个想法，Becker 的小组需要证明问题确实在于溶酶体吞噬了抗原。因此，他们使用了巨噬细胞缺乏调节溶酶体酶水平和活性的蛋白质的小鼠。他们发现确实，这些小鼠 TAM 中的溶酶体并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，他们需要找到一种方法来治疗这一过程。
“我们的目的不是杀死目标细胞，而是重新编程并改变它们的特性。”
— Yamuna Krishnan 教授
与此同时，DNA 纳米技术专家 Krishnan 最近开发了将由 DNA 制成的微型纳米装置直接发送到蠕虫和斑马鱼等模型生物中特定免疫细胞的溶酶体的专业知识。这两个实验室联手克服了这一挑战。
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，他开发了一种微型 DNA 纳米装置，可提供半胱氨酸蛋白酶抑制剂。当贝克尔实验室的研究生 Chang Cui 将其注射到患有肿瘤的小鼠体内时，这种纳米装置优先针对 TAM 内的溶酶体，阻止酶破坏抗原——使它们再次对巡逻的免疫细胞“可见”。
将这种 DNA 纳米装置与一线化疗相结合，在小鼠试验中的三阴性乳腺癌模型中导致肿瘤持续消退。这一结果令人兴奋，因为这种类型的癌症特别难以治疗。
这也是一种与研究人员认为治疗癌症的标准方法完全不同的方法：“当我们靶向一种药物时，成功通常意味着你已经杀死了你想要靶向的细胞，”Krishnan 说。“然而，在我们的方法中，我们的目的不是杀死目标细胞，而是重新编程并改变它们的特性。一旦纳米设备打开了 TAM 中的开关，自然免疫就会负责其余的工作。”
研究人员希望这种使用 DNA 纳米装置的新细胞器特异性递送是下一代药物靶向。
科学家们说，它甚至可能超越癌症，因为特异性递送至巨噬细胞可能会影响免疫功能出现问题的广泛疾病。
“你不会在化学实验室或免疫学实验室看到这项工作，”Chakraborty 说。“在芝加哥大学，化学家和生物学家在同一栋楼里，所以互动很容易，环境确实鼓励跨学科科学。”