可对生物靶标群起而攻之 智能DNA分子纳米机器人模型来了

  智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架,长度通常为100个左右的核苷酸,通过自身折叠形成纳米尺度的结构。在试管液体环境下,智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子,然后迅速集结展开“围攻”,实现对目标生物分子的捕获和信号放大,有助于研究人员对其快速追踪。

  我们所熟知的机器人都是“钢铁战士”,帮助人类完成高危、高难度的工作。如今,生命的遗传物质——脱氧核糖核酸(DNA)为纳米机器人缔造了“血肉之躯”,刷新了人们的认知。

  近日,中国科学院合肥物质科学研究院杨良保研究员课题组与安徽大学等机构合作,构建出了可非线性云集“围攻”生物靶标分子的智能DNA分子纳米机器人模型。有关论文发表于纳米材料领域顶级期刊《纳米视野》。

  用DNA分子造个机器人

  早在20世纪中期,国外学者就提出了分子机器的设想,预测未来只要把纳米机器人放进人体的血液中,它们就能自动抵达病灶,进行手术,治疗疾病。然而,构筑这样的机器人并不容易。超分子化学领域经历50多年的发展,已经可以制备出颇为精巧的“分子马达”“分子算盘”“分子汽车”等人工分子机器。尽管如此,这些人工分子机器无论是其功能性还是多样性,都难以匹敌自然界的分子机器,如蛋白质等。

  作为遗传物质的DNA,有着令人叹为观止的精准组装能力。20世纪80年代,国外学者提出利用DNA分子构建各种具有纳米尺度形状和结构的聚集体的想法,并将其发展成为一个富有活力的DNA纳米技术领域。“这种技术将DNA分子的组装能力发挥得淋漓尽致。结合核酸适配体、核酶、各种刺激响应DNA基元以及DNA链交换反应,人们甚至可以让DNA纳米结构‘动’起来,并在物质和能量的输入下,实现计算、行走、搬运、整理等多种功能。”论文第一作者、安徽大学生命科学学院教师李绍飞表示。

  李绍飞告诉科技日报记者,DNA纳米机器人将纳米尺度的DNA作为结构基础。合理设计DNA分子,可以构筑成具有步移、结构开合、靶标捕获等动态功能的DNA纳米机器人,可应用于分析化学、医学诊断和疾病治疗等多个领域。

  李绍飞说,DNA纳米机器人体积小、特别适用于狭窄的人体循环系统的药物靶向递送。“让DNA纳米机器人靶向递送药物,到达指定地点,定向治疗炎症或清除肿瘤,同时减少在正常组织或细胞的分布,是医学纳米技术的终极目标之一。”李绍飞说。

  不仅能精准送药还能“杀敌”

  “DNA是由4种核苷酸为基本单位连接而成的生物分子序列,特定的核苷酸之间可以相互配对结合。”李绍飞介绍,核苷酸的自身作用力和序列的可编程性,以及快速发展的DNA合成和修饰技术,为DNA纳米机器人行使药物靶向递送功能奠定了基础。

  “将识别和结合肿瘤细胞的分子,包括核酸适配体、肽、抗体和生物小分子等,通过化学方法与DNA连接,就宛如为DNA纳米机器人装载了‘定向导航系统’,可发挥机器人的靶向功能。”李绍飞说,同样,将抗肿瘤药物,包括功能核酸、化疗药物、蛋白质、多肽和纳米颗粒等与DNA结合,可发挥DNA纳米机器人的药物负载和递送功能。

  李绍飞介绍,在传统的药物递送系统里,药物经血液循环,被动到达有效部位的效率非常低。大剂量的使用药物,将在全身产生严重的毒副作用。而DNA纳米机器人,通过与环境作用自我驱动,可将药物有选择地运送到靶向部位,提高靶向部位的药物浓度。

  “由于DNA序列具有良好的生物相容性、相对的化学稳定性,因此DNA纳米机器人也具有这些特点,且还具有药物包裹和药效保护、提高肿瘤细胞对药物的摄取效率等多种独特功能。”李绍飞说。

  “在试管液体环境下,智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子,然后迅速集结展开‘围攻’,实现对目标生物分子的捕获和信号放大,有助于研究人员对其快速追踪。”李绍飞说,这就像一只蜜蜂盯上了目标物,然后召唤其他蜜蜂不断围攻,形成容易被发现的聚集群一样。

  李绍飞介绍,智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架,长度通常为100个左右的核苷酸,通过自身折叠形成纳米尺度的结构,其形状类似于一个发夹。

  智能DNA分子纳米机器人模型由多功能机械臂和备选附件(药物、信号标签、靶标钳夹等)、靶标验证器、智能云集路径控制器和自组装马达等部件组成。每个部件都有各自的“使命”。例如,多功能机械臂可以从混合物中抓取目标分子,然后由靶标验证器检验抓取目标的正确性。在抓取和识别到正确的目标分子后,机器人开始在路径控制器的引导下,按照非线性的路径方式云集,并依赖自组装马达驱动机器人完成云集组装,最终形成大的组装体。当这些部件完成各自“使命”时,目标分子充分“暴露”,只能乖乖“束手就擒”。

  补齐短板方可迎来广阔前景

  早在1959年,诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就提出了纳米机器人的设想,这是药物靶向递送纳米机器人概念的起源。20世纪90年代,纳米技术的兴起,不断推动纳米机器人的发展。2017年,美国科研人员在《科学》杂志上发文,介绍了一款具有分拣功能的DNA纳米机器人,它可以抓住某些分子,并且将它们释放到指定的位置上,这是DNA机器人的重要一步。2018年,我国国家纳米科学中心设计出一种DNA纳米折纸机器人,可携带药物准确寻找到癌细胞的藏身之处。

  “无论是国内还是国外,对DNA纳米机器人的研究仍处于初级阶段,距离临床应用还有很长的路要走。”李绍飞认为,虽然经过几十年的研究和发展,DNA纳米机器人作为新型药物靶向递送系统,不断取得突破。然而,为了满足生物医学应用的实际需求, 纳米机器人在生物安全性、体内跟踪导航、递送效率、可持续地精确操控以及其他方面仍然存在诸多挑战。

  李绍飞表示,他们研究团队成员分别将肿瘤细胞小分子和外泌体等作为靶标,成功对靶标实现了追踪,初步验证了智能DNA分子纳米机器人模型的应用性能。

  尽管目前已经创新了方法原理,并且建立了模型,但李绍飞坦言:“考虑到DNA分子运动的复杂性和表征手段的局限性,以及生物样品的多样性,对模型的应用性能探索空间还很大。”李绍飞表示,下一步,团队将重点优化智能DNA分子纳米机器人模型云集组装效率,并进一步整合优良的信号读出技术,挖掘其在DNA纳米技术、生化分析和生物医学中的应用潜能。

  “特别是针对当前流行传染性疾病,团队正着手探索利用智能DNA分子纳米机器人模型进行超灵敏诊断的可行性。”李绍飞表示,随着计算机科学、材料学、机器人学和医学等学科的发展和学科交叉的融合进步,智能DNA纳米机器人在药物靶向递送中必然拥有广阔的前景和发展空间。

  来源:科技日报

《黄帝内经》第77课:用阴阳揭示疾病规律
‍同志们好 上节课我们谈到圣人治身,长寿的一种方法,人到中年要加强保养,七损八益,其二,调摄精神,要节欲,节虚名对我们的诱惑,做到恬淡寡欲,就可以近中百年,阴阳印象大论,如何来解释疾病的发展规律,用阴阳揭示疾病发展规律。原文里面讲到这样一段话,非常有名要求背出来,
一:原文上文:
故 :邪风之至 疾如风雨善治者 治皮毛 ➡️其次治肌肤 ➡️其次治筋脉➡️其次治六腑➡️其次治五脏
邪气外邪伤人,疾如风雨,像刮风下雨一样,讲了一个快,就是这种邪气伤人发病传遍也快,在治疗时,善治者治皮毛,其次治肌肤,其次治筋脉,皮毛 肌肤 筋脉一层一层往里面走,然后在其次治六腑,再往下走其次治五脏,最后告诉我们一个结果,治五脏者,出问题了,半死半生也,这句话很有名,今天还在用,我们一句一句分析

1⃣️:外邪伤人 发病迅速
邪风之至 疾如风雨:上过天真论讲过虚邪贼风避之有时,虚邪贼风从外而来,引起人发病比较快,如出门凉风一吹突然感冒,感而即发,告诉我们外邪伤人 发病迅速。

2⃣️:外邪伤人 传遍规律 由表入里 由浅入深 治五脏者半死半生也:
邪气发病要怎么治疗,善治者治皮毛,其次治肌肤 其次治筋脉 治六腑 治五脏 ,这个道理并不是今天治皮毛 明天治肌肤,外邪伤人他的传遍规律,皮毛 肌肤 筋脉 六腑 五脏,他的传遍规律是由表入里,这就是中医出现的表症和里症,在皮毛 肌肤者为表症,到五脏六腑是里症,在筋脉是变表半里。从位置上讲是由浅入深的传遍规律。告诉我们五脏的疾病最深,当病邪在皮毛的时候我们没有治疗,再肌肤和筋脉在六腑的时候我们都没有治,最后病邪跑到五脏再治疗就比较麻烦,所以叫半死半生也,

4⃣️:病邪越深 病情越重
病情越重治疗起来就越慢,三句话本质告诉我们疾病一定要早治疗,在强调告诉我们每一个人,每一个医生,每一个患者,强调疾病早期治疗的重要性,这就是我们今天说的早发现早诊断早治疗早康复的结果,那么这个思想强调疾病早治疗的思想,也是黄帝内经谈到的治未病思想具体应用,也告诉我们养病如养虎,虎大必伤人的人道理,但是我们在临床经常碰到患者疾病几年甚至十几年才找你看病,患者总是讲忙,问题不大,不影响吃饭睡觉工作,一直等到疾病严重,应象工作生活才来看病,四季调神大论篇讲过圣人不治已病治未病,治已病犹如渴而穿井,斗而铸锥,当疾病发生你在治疗,就好像你现在口渴的不行,才去挖井,战争已经打到家门口,我们再升火打铁,在兵器,晚了,中国人有句俗语叫正月十五贴门神,晚了半个月,所以一切疾病一定要早期诊治,内经强调治未病思想,恰恰是我们今天谈到的健康管理的问题,是什么体质要注意什么,通过养生方法调整身体阴阳,使阴阳平衡起来,我们就可以少发病,不发病,智者和愚者区别,有余和不足的区别,有余就会老当力壮,不足就会早衰,更何况还要对待一个疾病,

二:原文下文:
故:天之邪气 感则害人五脏 水谷之寒热 感则害人六腑,地之湿气 感则害人筋脉
这句话一共有三个层次,天之邪气害五脏 水谷之寒热害六腑 地之湿气害筋脉,邪气分外感邪气和内生邪气,还有不外不内邪气,水湿痰饮,
1⃣️:致病邪气:外感疾病 内伤病邪 邪气伤人 同气相求
所以这句话告诉我们致病邪气不外呼天之邪气 地之邪气从外感受而来,这些邪气叫外感病邪,水谷之寒热讲的是饮食失宜,是内伤的病邪,从这里告诉我们,外感病邪伤人五脏和筋脉,内伤病邪伤的是六腑,为什么伤的地方不一样,这里有个词叫同气相求,所以邪气伤人一般而讲有同气相求的规律,比如秋天有燥邪,肺应的人是西方,所以秋燥之邪就伤肺,东方之邪为风邪,肝应得是东方,这就叫同气相求,再比如说我们后面讲的湿困脾,湿邪长夏邪气,脾应得是长夏,所以湿邪伤脾,这就是同气相求。

2⃣️:天之邪气(外感)传遍入脏 直中入脏
讲的是外感病邪,先伤皮毛,外感病邪伤及人体一个可以传遍入脏,二,不通过由表入里,由浅入深,可以直中入五脏,感受寒邪不仅伤及皮毛,还可以直中脏腑,一直中脏腑入脾胃,二,直中脏腑入少阴,如民俗北方人为什么先吃饭后喝汤,临床很多见,比如病毒性感冒,过了几天患者感觉心慌,然后到医院检查心电图不正常,会下结论病毒性性肌炎,感冒病毒引起,在中医叫外邪入侵,还有比如腮腺炎,发肿及时治疗,如果不及时治疗这个邪气会直中脏腑,中医讲的肾,那么西医讲的生殖系统,可以侵犯姑娘的卵巢,侵犯小男孩的睾丸,出现一系列问题,外感邪气不仅仅由表及里,也可以直中脏腑,

3⃣️:水谷之寒热:
水谷寒热讲的是饮食的问题,饮食失宜,就是过饱 过饥 偏嗜,偏五味,等等问题,水谷是伤人体六腑,因为六腑是传化物的,水谷入胃一步一步往下走。

4⃣️:地之湿气:筋脉(不等于湿邪)
这里要强调,地之湿气不要理解外感湿邪,这里的是自然界的潮湿,比如地处潮湿,比如在黄土高原,人们就地取材打窑洞,要放置2-3年通风干燥,再装门窗户就可以居住了,保证里面要干燥,如果刚挖就住,经常要棉被褥子拿出来晾晒,否则很潮湿,这就是居住潮湿,现在都住楼房砖瓦房,领到钥匙,立即装修,几个月后直接入住,湿度很大,这就叫地之湿气,还有涉水淋雨也是地之湿气,比如南方或者都不敢南方,地势低洼海岸线,也会地之湿气常常伤及我们筋脉,湿邪是自然界当中具有湿滞粘滞不爽,中浊特性的外邪,这种湿是湿气,病因中讲的是湿邪,湿气是自然界的气候,而湿邪是外在的致病因素,虽然里面有一定的交叉性,但是不能等同起来,

三:总结
好了同志们这就是我们这节课谈到的,用阴阳去揭示疾病的规律,邪风之至疾如风雨,善治者 治皮毛 ➡️其次治肌肤 ➡️其次治筋脉➡️其次治六腑➡️其次治五脏,治五脏者半死半生也,故:天之邪气 感则害人五脏 水谷之寒热 感则害人六腑,地之湿气 感则害人筋脉。

银川下大雨了,真的成了名符其实的“湖城”了。
老天爷还是不长眼,最需要雨的固原地区反而只是象征性的落了几个雨点点,所谓的“中部干旱带”咋天也下雨了,局部地区还下的很大。
早上老婆还问今天不知还下不下雨?我说怎么可能呢,昨天能下那么多雨已经就不错了,往往是宁夏两头都下雨,就这地方不下雨,因为被大人物口封了,一个“中部干旱带”,好像永远是干旱了。可这次,一向多雨的固原地区却没雨了。
记得刚参加工作那年,从秋季开学下雨一直下到十一后,足足下了四十多天,以致有个家在川区的同事终于熬不住了,要请假回家去晒太阳,一时传为“佳话”,自然这假也没有被批准,他竟私自回家“晒太阳”去了,而“晒太阳”的代价就是推迟转正半年。
后来,那个地方越来越不下雨了,校门前的那条河里的水也越来越小了。
再后来,那个同事终于调回去了,我也离开那个地方了。地处泾河岸边的那所名为“xX第二中学”的学校也没有了。
天道轮回,自然界就这样以不以人的意志发展变化着。


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