西北大学科学家利用纳米技术重新设计了一种经典化疗药物，大幅提升了其效力和安全性。通过将药物重新设计为与DNA结合的球形核酸，研究团队将一种原本效力弱、溶解性差的化合物转化为能有效靶向白血病细胞而不会损害健康组织的精准癌症疗法。
在癌症治疗领域的重要进展中，西北大学研究人员重新设计了一种知名化疗药物的分子结构，显著提高了其溶解性、有效性和安全性。
在此项研究中，科学家从零开始将药物创建为球形核酸（SNA），这是一种纳米级结构，将药物整合到围绕微小球体的DNA链中。这种创新设计将一种通常溶解性差且作用微弱的化合物转变为高效、精准的治疗方法，能够避免对健康细胞造成损伤。
在急性髓系白血病（AML）的小动物模型测试中——这是一种侵袭性强、难以治疗的血液癌症——基于SNA的药物版本展现出显著效果。它进入白血病细胞的效率提高了12.5倍，杀伤效果增强了20000倍，癌症进展速度减缓了59倍，且未引起明显副作用。
研究人员表示，这一成果凸显了结构纳米医学日益增长的潜力。结构纳米医学是一个新兴研究领域，科学家在此领域精心设计纳米药物的结构和成分，以控制其在体内的行为方式。目前已有七种基于SNA的疗法进入临床试验，这种方法可能为癌症、传染病、神经退行性疾病和自身免疫疾病的先进疫苗和新疗法铺平道路。
相关发现最近发表在《ACS Nano》期刊上。
具有临床前景的突破
"在动物模型中，我们证明可以阻止肿瘤发展，"领导该研究的西北大学查德·A·米尔金（Chad A. Mirkin）表示。"如果这一成果能转化为人类患者治疗，将是一项令人兴奋的进展。这意味着更有效的化疗、更好的治疗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领域的先驱，米尔金是西北大学乔治·B·拉特曼化学、化学与生物工程、生物医学工程、材料科学与工程以及医学教授，任职于韦恩伯格文理学院、麦考密克工程学院和芬伯格医学院。他还是西北大学国际纳米技术研究所的创始主任，以及西北大学罗伯特·H·勒里综合癌症中心的成员。
显微图像显示SNAs（红色）被白血病细胞吸收，细胞核显示为蓝色。西北大学米尔金研究小组供图。
在新研究中，米尔金及其团队专注于传统化疗药物5-氟尿嘧啶（5-Fu），该药物通常难以有效到达癌细胞。由于它同时攻击健康组织，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导致心力衰竭。
米尔金表示，问题不在于药物本身，而在于身体处理它的方式。5-Fu溶解性差，意味着在许多生物液体中不到1%的药物能够溶解。大多数药物需要在血液中溶解后才能通过身体进入细胞。如果药物溶解性差，就会结块或保持固态，身体无法有效吸收。
"我们都知道化疗通常毒性很大，"米尔金说。"但很多人没有意识到它通常也溶解性差，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。"
SNA解决方案
为开发更有效的递送系统，米尔金及其团队转向了SNA。SNA是由米尔金在西北大学发明和开发的，是一种球状纳米结构，具有被密集DNA或RNA外壳包围的纳米粒子核心。在先前的研究中，米尔金发现细胞能识别SNA并邀请它们进入内部。在新研究中，他的团队构建了新的SNA，将化疗药物化学整合到DNA链中。
"大多数细胞表面都有清道夫受体，"米尔金解释道。"但髓系细胞过度表达这些受体，因此数量更多。如果它们识别出分子，就会将其拉入细胞。SNA不需要强行进入细胞，而是被这些受体自然吸收。"
正如米尔金及其团队所料，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，从而从内部杀死癌细胞。
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。由于SNA选择性靶向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，"米尔金说。"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、更集中的剂量精准递送到需要的地方。"
下一步，米尔金团队计划在更大规模的小动物模型群体中测试新策略，然后转向更大动物模型，最终在获得资金支持后进入人体临床试验。
参考文献："Chemotherapeutic Spherical Nucleic Acids"（化疗球形核酸），作者：罗陶坤、金永俊、韩振宇、黄正民、库玛丽·斯内哈、迈耶·文森茨、库辛·亚历克斯、罗梅罗·罗杰·A和查德·A·米尔金，2025年10月29日，《ACS Nano》。DOI: 10.1021/acsnano.5c16609
资金支持：美国国家癌症研究所、国家糖尿病与消化及肾脏疾病研究所
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