Nature子刊：南京邮电大学开发智能DNA纳米机器，实现安全精准溶血栓

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

由血栓造成的血管阻塞性疾病是全球致死率最高的疾病，是威胁人类的头号杀手。静脉注射组织纤溶酶原激活剂（tPA）是临床上治疗缺血性卒中、肺栓塞（PE）和其他血栓相关疾病的首选治疗方案。

然而，由于tPA存在出血并发症高风险、循环半衰期短和靶向性差等缺点，只有有限比例的患者（不足7%的缺血性卒中患者）能够从溶栓中获益。精确地将tPA递送到血栓部位并按需释放以减少脱靶和过量效应，是溶栓治疗面临的主要障碍。

在临床前模型中，纳米载体已被证明可以维持tPA的活性并增加其循环时间。通过靶向配体或磁场，血栓靶向给药可以提高tPA在血栓形成部位的浓度。一系列外源性或内源性的刺激（包括磁场、超声波、剪切应力和H2O2等）被用来触发纳米载体释放tPA。尽管该领域已经取得了一些进展，但在动物模型中溶栓效果有限，部分原因是纳米载体的结构异质性和溶栓药物的装载不明确，导致生物分布和药代动力学失控。此外，由于血栓形成生物标志物（例如凝血酶或纤维蛋白）在不同生理过程中浓度动态变化，目前的策略存在传递准确性差的问题。

理想的纳米载体不仅要能够靶向，还要能够识别生物标志物的局部浓度，从而只在确定血栓形成部位时才触发tPA的释放。因此，通过纳米载体精确控制tPA的负载、递送和释放，也就是实现tPA的精准给药，仍然极具挑战性。

2024年3月6日，南京邮电大学汪联辉教授、高宇副教授、晁洁教授等在Nature子刊Nature Materials上发表了题为：An intelligent DNA nanodevice for precision thrombolysis 的研究论文。

该研究开发了一种智能DNA溶栓纳米机器，可在血管内复杂病生理环境下识别血栓的生物标志物凝血酶，并通过针对凝血酶浓度的逻辑运算区分血栓和伤口凝块，实现靶向血栓的精准给药。

近年来，研究人员通过理性设计和制造结构明确的DNA纳米结构作为药物递送平台，实现药物分子和功能基团在化学计量和空间上的整合。基于DNA折纸纳米技术，可以构建具有均匀形状和尺寸的DNA纳米结构，并用于开发肿瘤靶向和刺激响应递送的抗癌药物和疫苗。

而目前还没有研究将DNA纳米结构用于体内溶栓治疗药物的递送。在这项研究中，研究团队基于DNA折纸技术构建了90×60纳米的矩形纳米片，每个DNA纳米片表面可精确地安排一定数量的tPA分子，并精确控制其位置，从而实现对tPA分子在空间和数量上的精准可控装载。

通过与预先设计的连锁DNA三链结构杂交，矩形DNA纳米片被封闭成管状DNA纳米器件，并屏蔽tPA分子在循环过程中的暴露。通过调节凝血酶适配体交联链和锁链之间的互补碱基数量，可实现可调阈值控制器对凝血酶浓度的不同响应范围。在静脉注射tPA-DNA溶栓纳米机器后，能够按照设定顺序自动执行针对凝血酶的追踪识别、逻辑运算和响应打开的系列任务。由于凝血酶与凝血酶适配体之间的高亲和力，它促进了tPA-DNA溶栓纳米机器在血栓形成部位的积累。只有当凝血酶的浓度超过阈值（即正常凝血和血栓之间的差异时）DNA溶栓纳米机器才会被激活，连锁的DNA三链结构解离，暴露出tPA分子进行溶栓。

基于DNA纳米技术的智能DNA溶栓纳米机器

接下来，研究团队在缺血性卒中模型和肺栓塞模型中验证了该DNA溶栓纳米机器的溶栓效果。

相较于临床溶栓药物tPA，该研究开发的智能DNA溶栓纳米机器在缺血性卒中及肺栓塞的溶栓效率分别提高了3.7倍和2.1倍， 完全溶栓所需的剂量相较于tPA降低了6倍，且 显著降低了临床溶栓药物导致的凝血异常，从而将脑中风的治疗窗口期从症状发生后的3小时延长到6小时，有望显著提高卒中患者接受溶栓治疗并获益的人数。

智能DNA溶栓纳米机器在 缺血性卒中小鼠模型中的治疗效果

智能DNA溶栓纳米机器在 肺栓塞小鼠模型中的治疗效果

总的来说，该研究开发了一种DNA溶栓纳米机器，可精确地给药tPA用于精准溶栓治疗。其通过 选择性地跟踪和靶向血栓形成部位并根据凝血酶浓度按需释放溶栓剂，从而在提高治疗效果的同时最小化副作用。

研究团队表示，DNA溶栓纳米机器由人体的碱基构成，可由人体内酶降解并经肝肾代谢，因此具有优异的生物相容性，临床转化前景好。研究团队计划在未来3至5年内完成该智能DNA溶栓纳米机器在大型动物模型中的药效及安全性评估、成药性研究及规模化生产工艺优化，并积极申报临床试验并力争获得临床试验批件。

南京邮电大学汪联辉教授、晁洁教授、高宇副教授为该论文的共同通讯作者，南京邮电大学博士生印珏王思雨王嘉辉为论文共同第一作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01826-y