一张显微图像显示了被白血病细胞摄取的SNAs（红色）。细胞核显示为蓝色。图片来源：Mirkin研究组/西北大学
在癌症治疗的一项有希望的进展中，西北大学的科学家重新设计了一种常见化疗药物的分子结构，使其溶解度大幅提高，效果显著增强，同时毒性降低。
在这项新研究中，研究团队从头设计了一种新型药物，将其构造成球形核酸(SNA)——一种纳米结构，将药物直接编织到包裹微小球体的DNA链中。这种设计将一种溶解度差、效果不佳的药物转变为一种强大的靶向癌症杀手，同时不伤害健康细胞。
开发出新疗法后，研究团队在急性髓系白血病(AML)的小型动物模型上进行了测试，这是一种进展迅速、难以治疗的血液癌症。与标准化疗药物相比，基于SNA的药物进入白血病细胞的效率提高了12.5倍，杀死癌细胞的效果提高了20,000倍，并将癌症进展减少了59倍——且没有可检测到的副作用。
这项工作是结构纳米医学潜力的又一例证，这是一个新领域，科学家们通过精确的结构和组成控制来微调纳米药物与人体的相互作用。目前有七种基于SNA的疗法正在进行临床试验，这种新方法可能带来针对癌症、传染病、神经退行性疾病和自身免疫疾病的强效疫苗和治疗方法。该研究发表在《ACS Nano》期刊上。
"在动物模型中，我们证明了我们可以立即阻止肿瘤生长，"领导这项研究的西北大学Chad A. Mirkin说。"如果这能转化为人类患者，这将是一项令人兴奋的进展。这意味着更有效的化疗、更好的反应率和更少的副作用。这始终是任何癌症治疗的目标。"
作为化学和纳米医学的先驱，Mirkin是西北大学化学、化学与生物工程、生物医学工程、材料科学与工程和医学的George B. Rathmann教授，他在温伯格文理学院、麦考密克工程学院和芬伯格医学院都有任职。他还是国际纳米技术研究所的创始主任，以及西北大学罗伯特·H·卢里综合癌症中心的成员。
在这项新研究中，Mirkin和他的团队专注于传统化疗药物5-氟尿嘧啶(5-Fu)，该药物通常无法有效到达癌细胞。而且，因为它也会攻击健康组织，5-Fu会引起多种副作用，包括恶心、疲劳，在极少数情况下甚至会导致心力衰竭。
根据Mirkin的说法，药物本身并不是问题——问题在于身体如何处理它。5-Fu的溶解度很差，意味着在许多生物液体中不到1%能够溶解。大多数药物需要在血液中溶解，才能通过身体进入细胞。如果药物溶解度差，它会结块或保持固态，身体无法有效吸收。
"我们都知道化疗通常毒性很大，"Mirkin说。"但很多人没有意识到它通常溶解度也很差，所以我们必须找到方法将其转化为水溶性形式并有效递送。"
为了开发更有效的递送系统，Mirkin和他的团队转向了SNAs。SNAs由Mirkin在西北大学发明和开发，是一种球形纳米结构，具有纳米粒子核心，周围包裹着密集的DNA或RNA外壳。在之前的研究中，Mirkin发现细胞能够识别SNAs并将其吸入内部。在这项新研究中，他的团队构建了将化疗药物化学整合到DNA链中的新型SNAs。
"大多数细胞表面都有清道夫受体，"Mirkin说。"但髓系细胞过度表达这些受体，因此数量更多。如果它们识别出一个分子，就会将其拉入细胞。SNAs不需要强行进入细胞，而是自然被这些受体吸收。"
正如Mirkin和他的团队所预期的，结构重新设计完全改变了5-Fu与癌细胞的相互作用方式。与自由漂浮、无结构的化疗分子不同，髓系细胞轻松识别并吸收了SNA形式。一旦进入细胞内部，酶会分解DNA外壳释放药物分子，从内部杀死癌细胞。
在小鼠实验中，该疗法几乎完全清除了血液和脾脏中的白血病细胞，并显著延长了生存期。而且，由于SNAs选择性地靶向AML细胞，健康组织保持完好无损。
"当今的化疗药物会杀死它们遇到的一切，"Mirkin说。"因此，它们杀死癌细胞的同时也杀死大量健康细胞。我们的结构纳米医学优先寻找髓系细胞。它不会用化疗药物淹没整个身体，而是将更高、更集中的剂量精准地输送到需要的地方。"
接下来，Mirkin的团队计划在更大规模的小型动物模型中测试这一新策略，然后转向更大的动物模型，最终在获得资金后进行人类临床试验。
更多信息：化疗球形核酸，《ACS Nano》（2025）。
期刊信息：ACS Nano
由西北大学提供
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