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专家解读:纳米机器人如何消灭肿瘤细胞?

2019-10-28 15:02 来源: 新华网

肿瘤是人类面临的最复杂疾病之一,医学发展到今天已克服了很多疾病,但仍然无法治愈所有的肿瘤。近日,中国科学院院士、国家纳米科学中心主任、中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮就纳米机器人在肿瘤治疗领域的应用进行科普。

赵宇亮介绍,目前肿瘤治疗在临床上主要有化疗、放疗、手术等方法,而这三个方法都具有一定破坏性。化疗是用化学药品杀死肿瘤细胞;放疗利用高能量射线杀死肿瘤细胞;手术是将肿瘤细胞切掉,这些破坏性的治疗方式是迫不得已的选择。随着人类与肿瘤的不断斗争,免疫疗法、细胞疗法、纳米机器人等新方法应运而生。

赵宇亮表示,纳米机器人是在实验室用比细胞还小且具有一定功能的纳米颗粒组装起来的纳米机器,然后将它注射到体内,让它寻找肿瘤并进行现场治疗,是一种全新的肿瘤治疗方法。

赵宇亮提到,由于纳米机器人应用于人体体内,因而会涉及与人体的相容性,所以材料的选择至关重要。他介绍,目前医疗领域纳米机器人大部分材料为高分子、蛋白、核酸、DNA等。中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主要运用DNA、高分子来制造纳米机器人,此外,根据不同需求也会使用一些有机和无机纳米颗粒。“现在我们用的较多的材料是来自于生命体的一些DNA片段,把这些片段分子经过设计可以组装成一定的结构,用于制造纳米机器,这可以增强它在体内的生物相关性,同时把毒性降到最低。”

几十纳米大小的纳米机器人如何消灭肿瘤细胞?赵宇亮介绍,科研人员会在纳米机器人身上安装一些能够识别肿瘤的探测器,如特殊的靶分子或蛋白分子,这个分子可以与肿瘤分泌出来的某一物质相互结合,而且只跟它结合,所以,当这个分子遇到肿瘤时,就能快速识别出来,并精准打击杀死肿瘤细胞,而遇到正常细胞时,则会放行。

“很多创新往往是在做研究的过程中逐渐形成的思想,并不是突发灵感,如果没有以往大量的积累以及长期对一个问题的思考,很难突发奇想。”谈到为何会萌生将纳米机器人应用于肿瘤治疗时,赵宇亮说,团队在长时间研究纳米材料在体内行为的过程中,逐渐想到了这个方案,此后进行了长达七年的大量实验研究,才得以成功。

回顾纳米机器人肿瘤治疗的研究之路,赵宇亮说,研究过程状况频发、困难重重,并非一路坦途。他提到,首先要进行反复验证,为此团队在体外做了大量实验。“很多时候在一个化学环境里纳米机器人是工作的,但在细胞里它就不工作了,有时候它在细胞里工作,但一放到活体里就不工作了,这是最难的事,我们花了七年时间研究,才让它在活的生物体内可以工作。”赵宇亮说,第二,要让纳米机器人在活的生物体内不仅可以工作,而且还能达到设计的效果,比如让它去治疗、抑制肿瘤细胞生长,肿瘤要能变小甚至消失;第三,还要保证纳米机器人的毒性是最小的,不影响其他器官,只抑制肿瘤生长。

纳米机器人应用于肿瘤治疗是大胆的尝试,但也还面临着诸多困难,例如,由于纳米机器人尺寸太小,所以要制造出完全相同的纳米机器人技术上还难以实现。赵宇亮介绍,如何使纳米机器人到达体内后有效开展工作也是一大挑战,因为任何物质进入人体内后,大量蛋白都会把它缠绕、包裹起来,此时纳米机器人要避开这些物质阻挡,突破“千军万马”往前奔驰,走到肿瘤这一目的地。此外,纳米机器人在人体完成使命后是降解或是如何排出体外,这都是现在需要攻克的难题。

“纳米生物医学研究本身带有应用目的,未来纳米机器人在肿瘤治疗领域的发展最终是要走向临床,造福人类,这样它才具有真正的价值。”赵宇亮认为,除了肿瘤,心血管疾病等复杂性疾病治疗和诊断都可以尝试运用纳米机器人。这个领域刚刚开始,纳米机器人一旦用于临床,将彻底变革人类疾病的治疗方法,造福人类健康。

本作品为“科普中国-科技前沿大师谈”原创,转载时务请注明出处。

作者: 钟艳平   [责任编辑: 李浩]

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