四川大學林雲鋒等《AFM》：「蜜蜂毒液」實現主動靶向治療

憑藉核酸良好的生物相容性及其器件結構精準性，DNA納米技術為物質遞送提供了新的策略和平臺。在這些DNA結構中，框架核酸（FNA）結構具有製備簡單、產率高的特點，至今基於FNA結構的載體研究也已發展了多年。然而，這類研究主要關注材料的靜態結構和被動靶向，除了生物傳感器研究以外，基於FNA結構的動態和主動靶向策略卻鮮有報導。

在自然界中，蜜蜂能夠安全地攜帶毒液，並在遇到危險時才釋放毒液。受此啟發，四川大學的林雲鋒/ Liu Zhan和上海交通大學的李茜等人將蜜蜂毒液的主要成分蜂毒素（MLT）裝載進四面體FNA（tFNA）外骨架中，形成可用於主動靶向治療的納米蜜蜂機器。當這一納米蜜蜂遇到細胞膜上的靶向蛋白質時，tFNA外骨架會經歷構象變化，從而選擇性地釋放MLT並實現選擇性殺傷作用。相較與自由的MLT，納米蜜蜂包載的MLT展現了更高的選擇性殺傷能力。因此，這一納米蜜蜂的理念為設計旨在提高裝載物穩定性和降低脫靶作用的動態刺激響應型物質遞送體系提供了新的策略。相關工作以「A Framework Nucleic Acid Based Robotic Nanobee for Active Targeting Therapy」為題發表在Advanced Functional Materials。

刺激響應型tFNA外骨架的設計和製備

為了裝載MLT，研究選擇具有方便製備、高度生物相容性和良好組織穿透能力的tFNA作為基礎結構載體。為了實現對細胞膜上核仁素的靶向，作者還在構成tFNA的其中一條DNA鏈上引入了AS1411適配體序列，可作為刺激響應單元。當納米蜜蜂與細胞膜上的核仁素結合時，AS1411的構象變化會導致tFNA外骨架解體，並釋放MLT。細胞實驗就表明，與沒有細胞膜核仁素的L929細胞相比，細胞膜上表達核仁素的HUVEC細胞更傾向於觸發納米蜜蜂的構象變化，從而釋放所載的螢光物質，展現更強的螢光信號。

圖1動態tFNA外骨架的設計和製備

貨物裝載的優化

為了優化納米蜜蜂的裝載效率，研究人員還利用G四鏈體作為支架來結合MLT。由於含有豐富的鳥嘌呤，G四鏈體不僅利用氫鍵等作用與貨物緊密結合，還可以通過氫鍵在有限的tFNA結構中進行自我摺疊，形成緻密、帶負電荷的內核，實現與貨物的最大化結合連接。此外，全原子分子動力學模擬（all-atom MD）分析也證實了經過優化後的tFNA可實現對MLT的完全裝載。

圖2利用實驗篩選和分子動力學模擬對貨物裝載效率進行優化

納米蜜蜂的治療評價

作為蜜蜂毒液的主要成分，MLT可以破壞細胞膜結構從而殺傷細胞和組織。在荷瘤小鼠的治療實驗中，納米蜜蜂展現出了顯著的抑制腫瘤生長效果。與對照組相比，納米蜜蜂對黑色素移植瘤生長的抑制率可達到50%左右。此外，單純MLT治療的小鼠表現出了嚴重的脫靶現象，造成了脾的病理變化；而納米蜜蜂的靶向能力卻能夠有效減少MLT對重要器官的毒性損傷作用。

圖3納米蜜蜂材料體系的抗癌治療評價

結論

這一研究利用tFNA通過引入可響應細胞膜核仁素進行構象變化的適配體序列來增強載體靶向能力，同時還能實現刺激響應釋放行為。研究認為，這一受到蜜蜂啟發而設計的納米蜜蜂，能夠將具有抗癌效力的MLT裝載進動態tFNA外骨架中，在治療過程中顯著提升了MLT的療效，為解決具有嚴重脫靶作用的小分子的安全施藥問題建立了範例。

參考文獻：

A Framework Nucleic Acid Based Robotic Nanobee for Active Targeting Therapy

文獻連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007342

來源：高分子科學前沿

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