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治疗癌症的新方法纳米机器人?

时间:2019-10-12 09:55:39 来源:新浪科技

北京时间10月12日消息,纳米机器人或许将成为治疗癌症的新方法,但前提是,科学家需要大量研究来证明它们在人体中的安全性。

你还记得电影《我,机器人》(I, Robot)里的场景吗?苏珊·卡尔文博士给智能机器人桑尼注射了纳米粒子,以消除他的人工智能。注射液中那些银色的小东西怎么可能毁掉机器人的全部智能呢?这个过程看起来很简单,但也引发了许多关于纳米材料的问题。纳米机器人学(nanorobotics)是关于建造纳米(10^-9米)级别机器或机器人的新兴学科,属于纳米技术的范畴。

纳米机器人(想象图)

纳米机器人(想象图)

第一个使用纳米机器人(nanobot)这个术语的科学家是美国物理学家理查德·费曼。早在1959年,他在一次大众演讲中,提到了使用纳米机器人来治疗心脏病的概念。从那以后,人们进行了大量的研究,想看看这些纳米分子装置究竟能带来什么奇迹。有一篇论文提到,纳米机器人的一个重要的应用便是癌症治疗。值得注意的是,文章中提到的实验只在动物身上进行。纳米机器人在人类身上的应用还有待研究,而这篇文章并没有提供治愈癌症的方法,只是作为未来可能的一种选择。

现在,就让我们来了解一下纳米技术和癌细胞。

纳米技术是什么?

癌细胞的发展过程

癌细胞的发展过程

纳米技术是一门研究物质在1到100纳米的分子尺度上如何变化的科学。纳米到底有多小?想象你手里拿着一根1米长的线。现在,试着剪下1厘米(1米的百分之一)的线,然后拿在手里。很简单是吧,但是,如果是让你剪下1米的十亿分之一呢?这根本是不可能的!我们甚至不能通过实验室显微镜看到这么小的东西。

没错,1纳米就是这么微小。不过,随着科技发展,现在科学家已经可以轻松地获得纳米颗粒。

什么是纳米机器人?

纳米机器人攻击癌细胞(想象图)

纳米机器人攻击癌细胞(想象图)

纳米机器人学是纳米技术领域的一个理论分支,主要研究的对象是纳米机器人。确切地说,纳米机器人学指的是设计和建造由纳米或分子级别成分构成的纳米机器人,其大小在0.1至10微米之间。在医学上,纳米机器人是一种具有新颖特性的分子,可以在体内执行特定的任务。想象一下,一个极其微小的纳米机器人,在我们的身体里朝着某一个目标移动,完成特定的工作。纳米机器人的设计目的是识别出敌方细胞,然后采取行动。生物传感器是纳米机器人的重要组成部分,也是其能否完成任务的关键。在确定目标细胞后,纳米机器人会现场释放药物,达到最大限度的特异性治疗,防止对身体其他健康部位的损害。这一机制已被广泛用于杀死癌细胞。

癌细胞是如何形成的?

细胞会对不同的生长信号做出反应,并受到身体的系统控制。正常的细胞生长需要遗传信号的完美平衡,使其完成增殖并在后期凋亡。然而,癌细胞似乎对这些细胞信号视而不见,反而以不受控制的方式增殖。这些细胞开始抵抗控制分化和快速分裂的细胞信号,并入侵其他健康组织。它们还会暂时建立新生血管来为自己提供给养,并促进增殖。

纳米机器人或许将成为治疗癌症的新方法,但前提是,科学家需要大量研究来证明它们在人体中的安全性

纳米机器人或许将成为治疗癌症的新方法,但前提是,科学家需要大量研究来证明它们在人体中的安全性

癌症可以是良性的,也可以是恶性的。良性肿瘤细胞是“顺从型”细胞,它们通常停留在正常组织的边界内。相比之下,恶性肿瘤细胞有能力打破组织边界,入侵其他邻近的健康组织,对身体造成严重破坏。

问题在于,正常细胞是如何突然“失控”的呢?不幸的是,这个问题没有一个简单的答案。形成癌症细胞的原因之一是DNA结构的改变,这会导致细胞间信号的丢失,最终引起细胞分裂失控。

纳米技术在杀死癌细胞中的作用

纳米医学是利用纳米级设备对各种疾病进行诊断、预防和治疗的科学,其出现改变了现代医学的面貌。这些微小的纳米粒子有能力改变身体的动态,并产生最小的副作用。

美国亚利桑那州立大学利用小鼠肿瘤模型进行了一项研究,精确地展示了纳米机器人如何杀死癌细胞。这些纳米机器人是由DNA纳米结构(DNA进行了折叠以达到90nm的尺度)和凝血酶组成的。

这些纳米机器人的目标是一种叫做核仁素(nucleolin)的蛋白质,这种蛋白质只存在于癌细胞表面。纳米机器人附着于癌细胞后,释放凝血酶进入细胞,从而切断癌细胞的血液供应,摧毁肿瘤。纳米机器人工作速度快,数量多,完全包围了肿瘤。实验取得了成功,小鼠体内的肿瘤大幅缩小,而健康细胞不受影响。

纳米机器人能用于人类癌症治疗吗?

纳米机器人或许将成为替代化疗和其他癌症疗法的新方法。化疗已被广泛用于杀死癌细胞,但会产生非常严重的副作用。化疗会杀死所有快速分裂的细胞,比如癌细胞,同时也会杀死其他健康细胞。这是在接受化疗的患者出现脱发的主要原因之一,因为毛囊的生长速度很快。

纳米技术具有令人瞩目的特性,在癌症治疗中也会让我们大开眼界。纳米机器人还可以设置多个结合位点,与许多细胞结合并释放药物。

然而,并不是所有发光的东西都是金子……纳米技术在人体中的应用也有其不利的一面,因为就本质而言,纳米技术仍是外来的。科学家需要进一步研究的最重要问题之一,就是纳米颗粒的毒副作用,及其对人体的影响。纳米颗粒可能会跨越生物屏障,如血脑屏障、小肠或鼻腔表皮,所有这些都可能导致炎症反应,甚至更严重的副作用。

为了使纳米机器人在医学领域成为现实,人们正在进行大量的研究。目前,科学家正在对小鼠和猪进行实验,以确定注射纳米机器人的副作用和潜在安全问题。如果一切进展顺利,在不久的将来,我们或许将看到一些应用纳米技术的癌症新疗法出现。(任天)

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