这个疗法,谁敢让它不精准!

如果有人问你,精子有什么用途?你可脑中可能立刻闪现出,那个带着尖尖的脑袋,拖着长长的尾巴的家伙,正奋力先一颗大大的卵子跑去。精子,那就是用来受精,传递遗传物质,产生下一代呗!如果你这么说,你就out啦!

近日,一群来自德国综合纳米科技研究所(Institute for Integrative Nanosciences)的“疯子”科学家脑洞大开,发明了一种全新的药物递送系统—用精子递送药物,治疗妇科癌症。

众所周知,癌症是全球性的医学难题。很多号称癌症治疗的“神药”在使用过程中,都会因为进入肿瘤细胞的有效药物浓度不足,造成药效差强人意。如何让药物精准、无损失的抵达肿瘤细胞,无数的科研工作者绞尽脑汁。

 
细菌“邮差”
人类和细菌的寄生、共生关系历史悠久。一个多世纪以前,就有人提出,利用细菌来对抗癌症。早在1891年,美国医生William B. Coley就已经使用链球菌来治疗当时被认为只剩下几周寿命的晚期肉瘤“瘾君子”患者。不得不说,这位患者是幸运的,他的癌症得到了缓解,又继续生活了八年。但是这种方法并不总是奏效。有时肿瘤会得到控制,甚至消退,但有时患者会发生感染并失控导致死亡,因为当时青霉素还没有问世。随着基因工程的出现,科学家们看到了产生更有效、低毒的链球菌的希望。现在,几个细菌菌株已被开发成癌症治疗剂,且它们在动物模型上效果显着。2016年,Din等人利用合成生物学的方法改造细菌,实现了治疗疾病的目的【1】。这些细菌在抵达目标位置时,会同步自发地裂解自杀,释放药物。细菌递送药物的方法,对于治疗肠道肿瘤具有较大优势。因为生活在肠道的细菌喜欢那里的环境—低氧。而某些实体瘤,比如肠道肿瘤也因为肿瘤细胞的过快增殖,导致内部缺氧。肿瘤的低氧区域相对免受免疫系统的攻击,适宜细菌定植和生长。# 细菌和肿瘤细胞共培养体系 

纳米“笼子”
2011年,牛津大学的物理学家和分子神经学家合作,开发出一种由DNA制造的分子“笼子”,能进入活细胞内部并在其中生存,由此可能带来一种有效的药物递送新方法【2】。这种DNA“分子笼”由4条人工合成的DNA短链构成,在一定的环境下,这些短链能自行组装成一个约7纳米高的四面体(由4个三角面组成的金字塔形)。# 人工合成的DNA短链能够形成纳米尺度的“分子笼”研究证实,这些短链能围绕特定的蛋白质分子进行组装,从而形成一个包裹着蛋白质的“分子笼”。关键的是,通过事前设计的程序,“分子笼”能够在遇到胞内特定的“激发”分子时再度打开,从而释放出内容物(比如携带的靶向药物)。用人类胚胎肾脏细胞所做的实验证实,这些经荧光标记的DNA“分子笼”能够进入细胞,而且大部分“分子笼”保持完好,至少能抵抗细胞内各种酶的攻击达48小时之久。这种较强的生存能力对于药物递送工具而言非常关键,因为这些DNA“分子笼”要成为有效的递送工具,他们必须能有效进入细胞并生存下来,直到找到合适的药物作用位点,并在合适的时间释放出内部所携带的药物。 

精子“速递”
精子长度只有约55微米,但是却能够每分钟游动4毫米。而且,精子不会引起免疫反应。那如果利用精子做“快递员”,将药物包裹送到目标位置,效果会如何?德国综合纳米科技研究所的研究人员对这个神奇的想法进行了测试【3】。他们将精子泡在化疗药物多柔比星(doxorubicin)溶液中,让它们吸足这些药物。然后,他们利用纳米技术,给精子的头部装上了一个小型“导航仪”。接着,再让这些精子去处理癌症细胞。48小时后,携带有化疗药物的精子展现出了与多柔比星溶剂类似的细胞杀伤效果,而未携带化疗药物的精子则没有出现这一效果。#装有磁性导航仪的精子在水平和垂直磁场作用下运动 
QUESTION 遗留问题?

相比较于细菌和纳米分子充当“快递员”,精子快递显然更加令人振奋和期待。但是,在临床使用之前,还有一系列问题需要解决,包括技术上和伦理上。首先,精子本身也是个体化的,如何衡量这些“快递员”携带了足够的“药物包裹”以保证疗效;其次,精子在漫长的征途中,是否会发生药物的泄露,导致药物总量减少,从而使到达目的地的药物浓度不足;还有最关键的问题,这一系统的伦理性会受到挑战。谁的精子能够被用来递送药物?它们会不会引起意外怀孕?

据统计,全球每年有数十万妇科癌症患者。如果该系统能够成功,或许能够对目前的肿瘤治疗带来裨益。

参考文献

1. Din MODanino TPrindle ASkalak MSelimkhanov JAllen KJulio EAtolia ETsimring LSBhatia SNHasty J. Synchronized cycles of bacterial lysis for in vivo delivery. Nature. 2016, 536(7614):81-5.

2.Walsh ASYin HErben CMWood MJTurberfield AJ. DNA cage delivery to mammalian cells. ACS Nano. 2011, 5(7):5427-32.

3.Haifeng XuMariana Medina SanchezVeronika MagdanzLukas SchwarzFranziska HebenstreitOliver G. Schmidt. Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract. arXiv.org>physics>arXiv:1703.08510.

 

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