3D打印的DNA涂層化療過濾器開啟了癌癥靶向治療的大門

2021年6月29日,，南極熊獲悉，加州理工學院和加州大學舊金山分校的科學家們已經開發(fā)出載有DNA涂層的3D打印結構,，能夠將化療藥物導向受影響的器官,，并且遠離健康組織。

研究人員研發(fā)的新型設備名為"Chemo Filters",，它可以在化療期間經過動脈注入患者體內,，以引流受影響的器官并防止毒劑進入其血液中。該團隊說,，由于其基因組DNA涂層,，Chemo Filters能夠高效地捕獲阿霉素，并使患者免受非目標毒性的副作用,。

△3D打印藥物吸收器的SEM圖像通過在他們的設備上涂抹基因組DNA,，研究團隊能夠賦予它們藥物吸收的特性。圖片來自《Applied Materials》雜志,。

化療過濾創(chuàng)新

根據美國癌癥協(xié)會的研究,，到2040年,，癌癥死亡人數將達到1600萬，這一統(tǒng)計數字讓人對目前的治療效果產生懷疑,。雖然化療已經成為對抗疾病的有力工具，但其成功仍然受到"全身毒性"的限制,，這種現(xiàn)象是指沒有被癌細胞吸收的藥物反而殺死了健康的細胞,，往往造成器官的損傷。

更糟糕的是,，許多化療藥物在較高的劑量下顯示出更大的療效,，迫使臨床醫(yī)生在最大限度地抑制腫瘤和避免對周圍組織的損害之間做出選擇。在已經開發(fā)出更多靶向治療的地方,，它們也伴隨著冗長的研發(fā)時間以及其他使人衰弱的副作用,，這可能使治療對患者來說不受歡迎。

為了解決這個問題,，加州大學舊金山分校的科學家們在2014年首次創(chuàng)造了Chemo Filters,，它的外部被包覆了DNA，這樣化療藥物就會攻擊它們而不是健康細胞,。盡管團隊試圖對最初設計進行迭代,，但藥物結合材料的局限性阻礙了升級設備的生產。

然而,，最近加州大學伯克利分校的研究人員發(fā)現(xiàn),，磺化的3D打印共聚物具有良好的藥物捕獲潛力。從他們同行業(yè)的成功中得到啟發(fā),，加州理工學院和加州大學舊金山分校的團隊現(xiàn)在提出,，用DNA涂抹聚丙烯酸酯，可以使它們在體外藥物捕獲的應用中更加有效,。

△研究人員3D打印了加載有DNA的部件和控制部件,，并發(fā)現(xiàn)靜電相互作用是實現(xiàn)DNA結合的最有效手段。圖片來自《Applied Materials》雜志

包覆DNA的 "化療過濾器

首先,，科學家們使用Autodesk Ember DLP 3D打印機和PR48樹脂生產了一套12mm（寬）x 2.5mm（高）的立方格,。每個設備都有16 x 16 x 3個內部單元，開口為500 μm,，使它們大到足以讓細胞流過,，而且其整體結構足夠小，適合體外部署,。

一旦準備就緒,，研究團隊使用兩種不同的技術在他們的部件上涂上基因組DNA。在第一種方法中,，未經處理的晶格被浸泡在酸性DNA溶液中,，而在第二種方法中,，研究人員結合靜電相互作用和紫外線交聯(lián)，將帶負電的基因組結合到他們的設備上,。

在科學家們進行測試之前,，他們就已經知道，前者導致DNA鏈結成纖維狀,，而不是涂在晶格表面,，從而導致更少的層。為了最大限度地提高其設備的藥物吸收性能,，并防止?jié)撛诘腄NA "泄漏",，該團隊因此在測試前將其浸泡在PBS中，在此期間他們將其暴露在體外條件下的阿霉素中,。

與普通晶格相比,，研究人員的新型設備被證明能夠捕獲幾乎兩倍數量的癌癥藥物，每30分鐘就會有100pg的基因組DNA滲漏到每平方毫米的材料上,。這使得該團隊得出結論：他們的研究成果代表著朝著設備轉化為臨床應用邁出了重要一步,。

該團隊在其論文中總結道："從設備方法中減少化療中的脫靶毒性具有巨大的意義，并有可能改善我們管理癌癥的方式,。更廣泛地說,，我們希望這種藥物捕獲的概念可以擴展到解決醫(yī)學中其他必須與脫靶毒性抗爭的問題。"

AM的副作用緩解裝置

研究人員正在越來越多地開發(fā)新型3D打印材料和方法,，以幫助減輕那些正在接受化療的癌癥患者的痛苦,。就在上個月，一個科學家合作開發(fā)了3D打印的胃腸屏蔽器,，有效地減少了健康口腔和胃部細胞的輻射達30%,。

在北卡羅來納州立大學，研究人員用添加劑制造了乳房放療天線,，供病人在微波熱療過程中佩戴,。這些設備不僅可以定制，使佩戴者更加舒適,，而且它們的介電常數有可能被調整到優(yōu)于傳統(tǒng)設備,。

同樣，浦項科技大學（POSTECH）的科學家們也3D打印了能夠緩解食道炎癥狀的咽喉支架,�,；�于一種細胞衍生的生物墨水，該團隊的啞鈴形裝置旨在幫助減少放療引起的任何口腔炎癥,，使患者能夠更舒適地進食,。

有關這想研究的具體細節(jié)詳見他們的論文，題為 " “3D-Printed Drug Capture Materials Based on Genomic DNA Coatings ",，論文由Daryl W Yee, Steven W Hetts和Julia R Greer共同撰寫,。

相關論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34124877/