納米機器人能殺死癌細胞嗎?
2019年10月12日09:30
納米的尺度究竟有多小?
納米的尺度究竟有多小?

  新浪科技訊 北京時間10月12日消息,納米機器人或許將成為治療癌症的新方法,但前提是,科學家需要大量研究來證明它們在人體中的安全性。

  你還記得電影《我,機器人》(I, Robot)里的場景嗎?蘇珊·卡爾文博士給智能機器人桑尼注射了納米粒子,以消除他的人工智能。注射液中那些銀色的小東西怎麼可能毀掉機器人的全部智能呢?這個過程看起來很簡單,但也引發了許多關於納米材料的問題。納米機器人學(nanorobotics)是關於建造納米(10^-9米)級別機器或機器人的新興學科,屬於納米技術的範疇。

納米機器人(想像圖)
納米機器人(想像圖)

  第一個使用納米機器人(nanobot)這個術語的科學家是美國物理學家理查德·費曼。早在1959年,他在一次大眾演講中,提到了使用納米機器人來治療心臟病的概念。從那以後,人們進行了大量的研究,想看看這些納米分子裝置究竟能帶來什麼奇蹟。有一篇論文提到,納米機器人的一個重要的應用便是癌症治療。值得注意的是,文章中提到的實驗只在動物身上進行。納米機器人在人類身上的應用還有待研究,而這篇文章並沒有提供治癒癌症的方法,只是作為未來可能的一種選擇。

  現在,就讓我們來瞭解一下納米技術和癌細胞。

  納米技術是什麼?

癌細胞的發展過程
癌細胞的發展過程

  納米技術是一門研究物質在1到100納米的分子尺度上如何變化的科學。納米到底有多小?想像你手裡拿著一根1米長的線。現在,試著剪下1釐米(1米的百分之一)的線,然後拿在手裡。很簡單是吧,但是,如果是讓你剪下1米的十億分之一呢?這根本是不可能的!我們甚至不能通過實驗室顯微鏡看到這麼小的東西。

  沒錯,1納米就是這麼微小。不過,隨著科技發展,現在科學家已經可以輕鬆地獲得納米顆粒。

  什麼是納米機器人?

納米機器人攻擊癌細胞(想像圖)
納米機器人攻擊癌細胞(想像圖)

  納米機器人學是納米技術領域的一個理論分支,主要研究的對像是納米機器人。確切地說,納米機器人學指的是設計和建造由納米或分子級別成分構成的納米機器人,其大小在0.1至10微米之間。在醫學上,納米機器人是一種具有新穎特性的分子,可以在體內執行特定的任務。想像一下,一個極其微小的納米機器人,在我們的身體里朝著某一個目標移動,完成特定的工作。納米機器人的設計目的是識別出敵方細胞,然後採取行動。生物傳感器是納米機器人的重要組成部分,也是其能否完成任務的關鍵。在確定目標細胞後,納米機器人會現場釋放藥物,達到最大限度的特異性治療,防止對身體其他健康部位的損害。這一機製已被廣泛用於殺死癌細胞。

  癌細胞是如何形成的?

  細胞會對不同的生長信號做出反應,並受到身體的系統控製。正常的細胞生長需要遺傳信號的完美平衡,使其完成增殖並在後期凋亡。然而,癌細胞似乎對這些細胞信號視而不見,反而以不受控製的方式增殖。這些細胞開始抵抗控製分化和快速分裂的細胞信號,併入侵其他健康組織。它們還會暫時建立新生血管來為自己提供給養,並促進增殖。

納米機器人或許將成為治療癌症的新方法,但前提是,科學家需要大量研究來證明它們在人體中的安全性
納米機器人或許將成為治療癌症的新方法,但前提是,科學家需要大量研究來證明它們在人體中的安全性

  癌症可以是良性的,也可以是惡性的。良性腫瘤細胞是“順從型”細胞,它們通常停留在正常組織的邊界內。相比之下,惡性腫瘤細胞有能力打破組織邊界,入侵其他鄰近的健康組織,對身體造成嚴重破壞。

  問題在於,正常細胞是如何突然“失控”的呢?不幸的是,這個問題沒有一個簡單的答案。形成癌症細胞的原因之一是DNA結構的改變,這會導致細胞間信號的丟失,最終引起細胞分裂失控。

  納米技術在殺死癌細胞中的作用

  納米醫學是利用納米級設備對各種疾病進行診斷、預防和治療的科學,其出現改變了現代醫學的面貌。這些微小的納米粒子有能力改變身體的動態,並產生最小的副作用。

  美國亞利桑那州立大學利用小鼠腫瘤模型進行了一項研究,精確地展示了納米機器人如何殺死癌細胞。這些納米機器人是由DNA納米結構(DNA進行了摺疊以達到90nm的尺度)和凝血酶組成的。

  這些納米機器人的目標是一種叫做核仁素(nucleolin)的蛋白質,這種蛋白質只存在於癌細胞表面。納米機器人附著於癌細胞後,釋放凝血酶進入細胞,從而切斷癌細胞的血液供應,摧毀腫瘤。納米機器人工作速度快,數量多,完全包圍了腫瘤。實驗取得了成功,小鼠體內的腫瘤大幅縮小,而健康細胞不受影響。

  納米機器人能用於人類癌症治療嗎?

  納米機器人或許將成為替代化療和其他癌症療法的新方法。化療已被廣泛用於殺死癌細胞,但會產生非常嚴重的副作用。化療會殺死所有快速分裂的細胞,比如癌細胞,同時也會殺死其他健康細胞。這是在接受化療的患者出現脫髮的主要原因之一,因為毛囊的生長速度很快。

  納米技術具有令人矚目的特性,在癌症治療中也會讓我們大開眼界。納米機器人還可以設置多個結合位點,與許多細胞結合併釋放藥物。

  然而,並不是所有發光的東西都是金子……納米技術在人體中的應用也有其不利的一面,因為就本質而言,納米技術仍是外來的。科學家需要進一步研究的最重要問題之一,就是納米顆粒的毒副作用,及其對人體的影響。納米顆粒可能會跨越生物屏障,如血腦屏障、小腸或鼻腔表皮,所有這些都可能導致炎症反應,甚至更嚴重的副作用。

  為了使納米機器人在醫學領域成為現實,人們正在進行大量的研究。目前,科學家正在對小鼠和豬進行實驗,以確定注射納米機器人的副作用和潛在安全問題。如果一切進展順利,在不久的將來,我們或許將看到一些應用納米技術的癌症新療法出現。(任天)

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