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盘点生物纳米医学领域的最新研究进展
发布日期:2016-09-19  浏览次数:

1、Nat Commun:基于纳米颗粒的组合免疫疗法对致命性癌症发起三重打击

     在过去几年,调动人体免疫系统抵抗疾病的癌症疗法已让人们产生大量兴趣。一种被称作检查点阻断的免疫疗法特别是有希望的。不过,尽管检查点阻断已取得一些显着的成功,但是这种疗法对一些最为致命的肿瘤几乎没有什么效果。

     如今,在一项新的研究中,来自美国芝加哥大学的研究人员开发出一种独创性的方法来促进检查点阻断发挥出更为强大的作用。这种疗法为有效地治疗结肠癌和肺癌等难治的转移性癌症提供希望。相关研究结果于2016年8月17日在线发表在Nature Communications期刊上,论文标题为"Core-shell nanoscale coordination polymers combine chemotherapy and photodynamic therapy to potentiate checkpoint blockade cancer immunotherapy"。

     论文通信作者、芝加哥大学化学教授Wenbin Lin说,"在癌症领域开展研究的每个人正在试图找出增强检查点阻断免疫疗法疗效的方法。在这项研究中,我们能够做到这一点。"

     这种方法需要包含光敏感性试剂的免疫激活性纳米颗粒和标准化疗药物之间发生复杂的相互作用:这两者一起发挥作用来增强检查点阻断的疗效。


2、利用蝙蝠声波指挥纳米机器人清除脑肿瘤细胞

     研究人类大脑最深处的秘密绝非易事,然而,如果派一种极小的微型纳米机器人去大脑探索,说不定会大有帮助。这是一个异想天开却又及其诱人的想法,然而,问题是如何指挥这些微型机器人的运动。

     来自雅典国立理工大学(National Technical University of Athens)的一个研究团队已经提出利用蝙蝠声波定位和猎捕的方式指挥纳米机器人的运动和定位,并于上月在在美国弗罗里达奥兰多市的IEEE医学和生物学学会会议(IEEE Engineering in Medicine and Biology Society meeting)报告了计算机仿真模拟结果,称仅需四个微型机器人就能够在几分钟内定位一个小肿瘤。

     Katrakazas介绍说,"整个思路就是将纳米机器人注入人体,利用纳米机器人在脑内的运动来探寻损伤的确切位置,并再后期利用药物或手术治疗损伤。"Katrakazas团队目前正在研究可沿着神经元细胞爬行的纳米机器人,纳米机器人会通过"捏"一下神经元来判定其是否健康:健康神经元会用电信号做出响应,而受损神经元则不会。

     然而,最大的挑战在于如何让纳米机器人协同运作。Katrakazas想到了一种描述蝙蝠集群行为的算法,该算法由其他研究人员根据蝙蝠发出声波信号来导航和猎捕食物而建立。Katrakazas团队目前已将该算法应用于一种类似EEG(脑电图扫描仪)的设备,以模拟蝙蝠的方式给头戴该设备的受试人发送声波信号。

    该团队希望利用这种声波信号为脑内的微纳米机器人导航,并称已经利用仿真模拟测试了这种方法。然而,想要在人体试验这类"蝙蝠"纳米机器人却还有很长的路要走。

    来自英国谢菲尔德大学(University of Sheffield)的罗德里克·格罗斯(Roderich Gross)认为,首要的问题是目前尚不清楚哪种技术能使此类微型机器人感知并发射声波信号。

3、Nano Letters:纳米技术助力恶性黑色素瘤疗法的开发

    近日,一项刊登于国际杂志Nano Letters上的研究报告中,来自瑞士纳米科学研究院等机构的研究人员利用一种基于纳米技术的新方法,就可以快速轻松地检测组织样本中遗传组成的改变,文章中首次对恶性黑色素瘤患者机体的遗传突变进行了检测。

    据美国皮肤癌基金会估计,相比乳腺癌、前列腺癌、肺癌及结肠癌而言,当前越来越多的人都会患上皮肤癌,尽管恶性黑色素瘤仅在所有皮肤癌症占到了大约5%,但其却是非常严重的疾病,甚至会引发患者死亡;在患恶性黑色素瘤的患者中,大约有一半患者都会表现出一种特殊的遗传突变,其中就包括BRAF基因的改变,该基因能够引发细胞的失控生长。

    目前有多种药物能够利用这些特殊的突变并且抵御癌症,同时还能明显延长患者的预期寿命,然而仅当相应的遗传突变存在时这些药物才能够发挥作用,一旦没有这些遗传突变,这些药物并不会产生理想中的效应,反而会带来一定副作用。研究者Katharina Glatz说道,因此我们非常有必要鉴别出这些组织样本中存在的可靠的遗传突变,当然这也是唯一的方法来确定患者是否能够接受最佳的疗法来治疗疾病。

    在一项临床初步研究中,研究者利用纳米传感器首次从恶性黑色素瘤患者的组织样本中检测到了特殊的遗传突变,为了达到目标,研究者以不同的方法来包被微型悬臂梁,其中有些就能够携带研究者用于靶向作用的突变识别序列。随后研究者将患者组织样本中的遗传物质(RNA)进行分离并且应用到微型悬臂梁中,如果遗传改变存在的话,患者机体的RNA就会同悬臂梁中的识别序列所结合,随之而来的表面压力就会导致悬臂梁弯曲,进而被研究者测定。如果突变不存在于RNA样本中的话,这种弯曲就不会发生,换句话说,仅仅特殊的结合才能够产生关键的信号;利用纳米微型悬臂梁(nanocantilevers)的优势就在于并不需要时间来进行准备,在不到一天的时间内就能够进行样本的活组织检查。

    研究者表示,纳米机械装置微型悬臂梁(nanomechanical microcantilevers)能够从来自组织样本中的总RNA混合物中检测到多种突变。


4、Nanoscale:新型纳米疫苗可增强癌症免疫疗法的效应 降低副作用

     最近,一项刊登于国际杂志Nanoscale上的研究报告中,来自美国国家生物医学成像和生物工程研究所的研究人员通过研究开发出了一种新型纳米疫苗,其可以帮助开发出治疗癌症免疫疗法的新方法而且降低疗法的副作用;这种纳米疫苗可以有效运输特殊的DNA序列至免疫细胞中,这种来源于细菌DNA中的序列可以被用来诱发机体的免疫反应,同时该疫苗还可以保护机体中的DNA免于被破坏。

     肿瘤可以通过抑制免疫系统识别并杀灭癌细胞的能力来逃脱免疫系统的攻击,而免疫疗法的目的就是调节机体的免疫系统以便其可以更加有效地对肿瘤发起攻击。免疫疗法的其中一种方法就是将未甲基化的胞嘧啶-鸟嘌呤寡聚脱氧核苷酸(CpG)的外源序列引入到机体中,CpGs是一种存在于细菌中但在哺乳动物机体中非常罕见的不同于DNA序列的模式,当其被注射到人类机体中时,CpGs可以扮演一种危险的信号来诱发免疫反应;近日多项临床试验都将CpGs直接注射到肿瘤中来作为一种方法,去激活附近的免疫细胞使得免疫细胞可以攻击肿瘤组织。

     尽管具有一定的潜力,但基于CpG的免疫疗法却面临着一定的挑战,本文中,研究者通过研究开发了一种"DNA无机杂交纳米疫苗"(hNVs);为了确定hNVs疫苗在小鼠免疫细胞中的行为,研究者将荧光分子掺入到免疫细胞中以便可以观察其行为,他们发现,hNVs可以直接被两种不同类型的免疫细胞所摄入,同时其还会诱导免疫细胞激活。随后研究者对黑色素瘤小鼠进行研究,他们将hNVs或CpG分子注射到小鼠机体中,相比CpG分子而言,hNVs在肿瘤环境中停留的时间较长,当间隔6天分别注射后,hNVs就可以对小鼠机体的肿瘤有着明显的抑制作用,在疗法37天后接受hNVs疫苗的小鼠中有五分之二都存活了下来,而接受CpG的小鼠没有一只存活下来。

     此外,除了CpGs诱导的免疫反应外,hNVs还会通过降低从肿瘤中渗入到血液中CpG的水平,来减少和CpG注射相关的副作用;研究者指出,hNVs的另外一个优势就是其可以稳定CpGs以便在储存和运输过程中CpGs并不需要冷藏。

     下一步研究人员计划调查hNVs结合肿瘤特异性抗原的效应,通过加入这些特异性的蛋白抗原分子,研究者希望可以更进一步指导免疫细胞发挥作用,促进癌变细胞被杀灭;当然研究者也非常感兴趣将hNVs同化疗或者放疗方法相结合来治疗癌症。