科学家开发出可以穿透并杀死癌细胞的“纳米机器”

韩国科学技术研究所的一个研究小组开发了“纳米机器”，它利用机械分子运动来穿透和破坏细胞。通过使用在癌细胞附近释放的闩锁分子，选择性癌细胞穿透也是可能的。

研究人员创造了“纳米机器”，利用机械分子运动进入和破坏细胞。

癌症是一种身体细胞生长失控并扩散到其他身体部位的疾病。癌细胞不断分裂，导致它们侵入周围组织并形成实体瘤。大多数癌症治疗涉及杀死癌细胞。

根据 2020 年的估计，美国新诊断出 180 万例癌症病例，有 60 万人死于这种疾病。乳腺癌、肺癌、前列腺癌和结肠癌是最常见的癌症。确诊癌症患者的平均年龄为 66 岁，而 65 至 74 岁之间的个体占所有新癌症诊断的 25%。

蛋白质参与每一个生物过程，并利用体内的能量通过机械运动改变它们的结构。它们被称为生物“纳米机器”，因为即使是蛋白质的微小结构变化也会对生物过程产生重大影响。为了在细胞环境中实现运动，研究人员专注于开发模仿蛋白质的纳米机器。然而，细胞使用多种机制来保护自己免受这些纳米机器的影响。这限制了可用于医疗目的的纳米机器的任何相关机械运动。

由韩国科学技术研究院 (KIST)高级生物分子识别中心的 Youngdo Jeong 博士领导的研究小组报告了一种新型生化纳米机器的开发，该机器可以穿透细胞膜并通过分子运动杀死细胞在某些细胞环境中折叠和展开，例如癌细胞。

联合研究小组专注于蛋白质的层次结构，其中大结构的轴和移动单元是层次分离的。因此，只有特定的零件才能绕轴移动。大多数现有的纳米机器的设计使得大型结构的移动组件和轴存在于同一层上。因此，这些部件同时进行运动，这使得对特定部件的期望控制变得复杂。

通过将 2 nm 直径的金纳米粒子与可以根据周围环境折叠和展开的分子合成并结合，制造了一种分层纳米机器。这种纳米机器由可移动的有机分子和无机纳米粒子组成，起大轴结构的作用，并以这样的方式定义运动和方向，即在到达细胞膜时，它会导致机械折叠/展开运动，从而导致纳米机器直接穿透细胞，破坏细胞器，诱导细胞凋亡。与递送治疗药物的胶囊型纳米载体相比，这种新方法无需抗癌药物即可通过机械运动直接杀死癌细胞。

随后，将闩锁分子穿入纳米机器以控制机械运动以选择性地杀死癌细胞。螺纹闩锁分子设计为仅在低 pH 环境中释放。因此，在具有较高 pH 值（约 7.4）的正常细胞中，纳米机器的运动受到限制，它们无法穿透细胞。然而，在癌细胞周围的低 pH 值环境（约 6.8）下，闩锁分子被解开，诱导机械运动和细胞穿透。

Jeong 博士说：“开发的纳米机器的灵感来自蛋白质，这些蛋白质通过根据环境改变形状来发挥生物功能。我们提出了一种直接穿透癌细胞的新方法，通过附着在纳米机器上的分子的机械运动在没有药物的情况下杀死它们。这可能是克服现有化疗副作用的新选择。”

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