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科学家重构常见抗癌药物:使其疗效提升两万倍,同时副作用更低

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IT之家 11 月 2 日消息,美国西北大学科学家通过纳米医学手段,重新设计了一种常见化疗药物的分子结构,使其在实验中展现出显著增强的溶解性、靶向性和疗效,同时副作用更低。相关研究成果已于 10 月 29 日发表在《ACS Nano》上。


研究团队从分子层面出发,将传统药物重新构建为一种名为球形核酸(Spherical Nucleic Acid,SNA)的纳米结构形式 —— 药物分子被直接嵌入包覆纳米球体的 DNA 链中。这种结构将原本难溶、作用有限的药物转化为一种高效且具选择性的抗癌剂,能够攻击癌细胞而不伤及健康组织。

动物实验显示疗效提升两万倍

在急性髓性白血病(AML)动物模型中,新型 SNA 药物的表现远超传统化疗药物。研究数据显示,该药物进入白血病细胞的效率提高了 12.5 倍,杀伤效率提升 20,000 倍,癌症蔓延速度降低至原先的 59 分之一,且未出现可检测的副作用。

研究负责人、化学与纳米医学领域的先驱查德・A・米尔金(Chad A. Mirkin)表示:“在动物实验中,我们证明这种药物可以让肿瘤‘停止生长’。如果这一成果能在人体试验中得到验证,将是一个令人振奋的突破。这意味着化疗可以更高效、反应率更好、毒性更低 —— 这正是癌症治疗长期以来的目标。”

重新定义 5-Fu 作用机制

此次研究的对象是传统化疗药物 5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,5-Fu)。该药物在临床上使用广泛,但存在溶解性差、毒副作用强的问题。由于在多种生物体液中的溶解度不足 1%,5-Fu 难以被机体吸收,常导致药效有限且损伤健康组织,引发恶心、疲劳,甚至在罕见情况下造成心脏衰竭。


米尔金指出:“很多人都知道化疗具有高毒性,但往往忽视了另一个问题 —— 药物本身难以溶解。我们必须找到方法让它变得更易溶于水,从而实现更有效的递送。”

纳米结构让药物“被癌细胞主动吸收”

研究团队采用由米尔金在西北大学最早发明的 SNA 结构 —— 一种具有纳米核心、外层包覆致密 DNA 或 RNA 链的球形结构。此前研究发现,细胞会主动识别并摄取 SNA 结构。此次,他们在 DNA 链中直接嵌入化疗药物,使其成为药物与基因材料结合的新型纳米体系。

米尔金解释道:“多数细胞表面都有‘清道夫受体’,而髓系细胞上这种受体的数量更多。当这些受体识别到 SNA 结构时,就会主动将其吸入细胞。”一旦进入细胞,SNA 的 DNA 外壳被酶分解,药物分子随之释放,从内部杀死癌细胞。

在小鼠实验中,该疗法几乎清除血液和脾脏中的白血病细胞,并显著延长了存活时间。由于 SNA 能选择性地靶向 AML 细胞,健康组织未受到损伤。

米尔金称:“传统化疗几乎会摧毁所接触到的一切细胞,而我们的结构性纳米药物会优先寻找髓系细胞。它不再让全身暴露于高浓度化疗药,而是将更集中、更精准的剂量送到真正需要的地方。”

下一步:向临床试验推进

研究团队计划在更大规模的小动物模型中进一步验证疗效,随后进入大型动物实验,并在资金到位后开展人体临床试验。

目前,已有七种基于 SNA 的疗法进入临床试验阶段,相关技术被视为结构性纳米医学领域的重要进展。这一研究方向通过精确控制纳米结构的形态与组成,有望推动针对癌症、感染性疾病、神经退行性疾病及自身免疫疾病的全新治疗策略。

IT之家附论文地址:
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c16609

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