DNA标记的金纳米粒子可以实现个性化的癌症治疗

新加坡国立大学的一组研究人员开发了一种新方法，使用带有DNA条形码的金纳米颗粒来提高癌症治疗的精度

该研究由新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系和健康创新与技术研究所的助理教授Andy Tay领导，展示了特定形状的金纳米粒子（如三角形）如何在光热治疗过程中出色地传递治疗性核酸和加热肿瘤细胞

这些发现揭示了肿瘤细胞对某些纳米颗粒配置的独特偏好，这可能有助于开发更安全、更有效的个性化癌症治疗方法

该团队的新技术在2024年11月24日发表在《高级功能材料》上的一篇论文中进行了详细介绍，该技术能够高通量筛选纳米粒子的形状、尺寸和修饰，从而降低相关的筛选成本

除了癌症治疗外，该方法还有更广泛的治疗应用，包括RNA递送和在器官特异性水平上靶向疾病

大小和形状很重要

黄金不仅仅是闪闪发光的。当减少到人类头发宽度的千分之一时，金纳米颗粒作为癌症治疗的治疗剂会发光。例如，贵金属斑点被用于光热治疗，输送到肿瘤部位的粒子将特定波长的光转化为热，杀死周围的癌症细胞。金纳米粒子还可以作为信使，将药物直接输送到肿瘤内的特定位置

“但要使这些金纳米粒子发挥作用，它们首先需要成功地进入目标位点，”助理教授Tay说。“把它想象成一个有特殊钥匙的送货员——如果钥匙不适合锁，包裹就无法通过。”

要达到这种精度，需要找到合适的纳米粒子设计——它的形状、大小和表面特性必须与靶细胞的偏好相一致。然而，现有的确定最佳设计的筛选方法类似于大海捞针。此外，这些方法往往忽略了肿瘤内不同细胞类型的偏好，从免疫细胞到内皮细胞再到癌症细胞

为了应对这些挑战，新加坡国立大学的研究人员转向了DNA条形码。每个纳米粒子都标记有一个独特的DNA序列，研究人员可以用它标记和跟踪单个设计，就像在递送系统中注册一个邮寄的包裹一样

重要的是，这些条形码使团队能够在体内同时监测多个纳米粒子设计，因为它们的序列可以很容易地提取和分析，以定位纳米粒子在体内的位置

“我们使用巯基官能化将DNA条形码安全地锚定在金纳米颗粒的表面。这确保了条形码保持稳定，耐酶降解，不会干扰细胞摄取，”Tay助理教授说

为了证明这一点，研究人员制备了六种不同形状和大小的纳米粒子，并监测了它们在各种细胞类型中的分布和摄取情况。他们发现，尽管在细胞培养研究中表现出较差的摄取能力，但圆形纳米粒子在临床前模型中靶向肿瘤方面表现出色，因为它们不太可能被免疫系统消除

另一方面，三角形纳米粒子在体外和体内测试中都表现出色，导致细胞摄取率高，光热性能强

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使癌症治疗更安全

该团队的工作揭示了生物系统中纳米颗粒的相互作用，以及弥合体外和体内研究结果之间差异的必要性，圆形金纳米颗粒揭示了这一点。这些见解可以指导形状变形纳米粒子或中间体设计的开发，以优化药物输送的不同阶段

此外，这项研究还阐明了探索球体以外纳米颗粒形状的未开发潜力，这些形状在美国食品和药物管理局批准的形状中占主导地位。研究人员的DNA条形码方法还可以扩展到在体内筛选其他无机纳米粒子，如铁和二氧化硅，从而扩大药物输送和精准医学的范围

展望未来，研究人员正在扩大他们的纳米粒子库，以包括30种设计，以确定能够靶向亚细胞细胞器的候选者。然后将测试合适的药物在癌症基因沉默和光热治疗中的疗效

Tay助理教授还分享说，这些发现可以显著提高我们对RNA生物学的理解，并推进RNA递送技术，这些技术正越来越多地应用于治疗各种疾病的疗法中

Tay助理教授说：“我们已经解决了癌症治疗的一个关键挑战，即以更高的效率将药物专门输送到癌症组织。”

“现有基于纳米颗粒的药物的致命弱点是它们假设在所有器官中均匀递送，但现实是不同的器官反应不同。为器官特异性靶向设计最佳形状的纳米颗粒提高了癌症治疗及其他治疗的纳米疗法的安全性和有效性。”