由于纳米机器人足够小,可以到人体任何地方。
DNA机器人抓取分子小球概念图。
本报记者 任志方 整理
用糖衣炮弹把药物送到大脑内部
虽然在过去几十年中,现代医疗扫除了一个又一个疑难杂症,但一直以来,如何将药物输送到人类大脑内部一直是治疗阿茨海默症等疾病方面面临的一个重大难题。这是因为大脑对自己的养料十分挑剔:除了葡萄糖等营养来源之外,血液中的物质几乎都无法进入人类的大脑中。
随着科学家对药物越来越精准的控制,这个难题有望被攻克。日本媒体报道,近日,一个来自日本东京大学和东京医科齿科大学的研究小组使用氨基酸研发了一种直径仅有三万分之一毫米左右的超级微型胶囊,这项研究成果备受关注,因为它在未来可能有助于阿茨海默症等疾病的治疗。
研究人员表示,在使用葡萄糖覆盖这种直径仅有三万分之一毫米左右的超级微型胶囊的表面之后,人类大脑血管中的某个特定的蛋白质会与葡萄糖相结合,从而将胶囊一起传输到大脑的内部。
另外,研究人员还注意到一点,在空腹的状态下,这种特定的蛋白质传输葡萄糖会更加积极。在测试的过程中,研究人员将胶囊用于空腹状态下的实验鼠时,成功地将胶囊输送到了老鼠的大脑内部,其效率达到迄今为止所有其它药物的100倍左右。
研究人员认为,如果将药物成分放入这种新型胶囊里的话,可以期待其达到迄今为止所无法达到的治疗效果。东京医科齿科大学教授横田隆德指出:“这一胶囊不仅可以在医治老年痴呆症,而且还可以在治疗神经关联的疑难病症以及精神疾病方面成为强有力的武器。”
东京大学特任教授片冈一则表示:“将来,我们将开发把药物输送到任何人体所需部位的纳米技术。”
不仅是阿茨海默症,当医学与最前沿的纳米科技相结合,过去很多致命的疾病也许就没那么可怕了。最近,哈尔滨工程大学就研制出来了可以在人体血液内“自由泳”的纳米机器人。它们可以把原子级别的药物输入到细胞中,这些纳米机器人或许可以给人类未来的医学带来革命。
这个微小的机器人是使用生物相容性材料制成的,这些设计巧妙的机器人非常灵活,它们由外部磁场控制,涂在药物上就可以进入血液中,然后以10微米/秒的速度游动,由于机器人足够小,所以可以到人体的任何地方,例如视网膜等其他难以到达的地方。
这些纳米机器人在完成治疗后,依旧会留在血液中,像巡警一样到处巡逻,寻找病毒和癌细胞,最终降解融入血液中,还最大限度地减少手术的需要。
研究人员目前已经成功在动物身上实验了纳米机器人,该研究的领导者希望该技术能在一个月内治愈白血病,相关的临床试验大约会在5-10年内开展。
让DNA机器人在体内活动仍属科幻范畴
制造一种能在人体内完成各类复杂工作的纳米机器人,攻克古往今来的各种致命疾病,已经成为科学家们的共识。
作为纳米前沿科技快速发展的产物,加州理工大学“钱实验室”的DNA机器人步子又小又缓慢。它走一步需要5分钟,步长6纳米,差不多是人类一步的600万分之一。它只有20纳米长,大约是一粒米的千分之一。它看起来像根线虫,身子细长,没有脸,蛇一般缠来缠去。它的活动场地是一块DNA合成物的平板,隐藏在试管里——因为太小了,需要被注射进去。
板子上分布着两种颜色的分子小球。这条“线虫”游来游去,捡起小球送到指定的位置。两种颜色分开摆放。它是世界上首例可以同时完成行走、抓起、放下和分类工作的DNA机器人。今年9月,《科学》杂志发表了有关它的论文。
“这是DNA机器人的重要一步。”杜克大学工程学教授约翰·赖夫说。他自21世纪初就开始关注DNA合成研究的发展。
DNA机器人和出现在大众媒体上的机器人不太一样。后者的代表是由施瓦辛格扮演的硬汉“终结者”或拖着履带条的大眼睛瓦力。而据“钱实验室”的管理者、加州理工大学助理教授钱璐璐介绍,自己实验室的这个小家伙在不和其他同伴缠绕时,差不多就是“一条软软的弹力绳”。
和那些金属家伙不同,它的血肉由核苷酸构成。后者也是脱氧核糖核酸,即DNA的组成物。这也是它名字的由来。
“它们可以抵达人类到不了的地方。机电机器人被送去火星,它们则可以被送到血液循环里,精准运输送达药物。”钱璐璐对媒体表示。
目前,这些DNA机器人还只能在试管中活动,远谈不上进入人体治病。澳大利亚莫那什大学的纳米生物学专家陈文龙曾在接受媒体采访时对“钱实验室”的工作大加赞赏,但他同时也表示:如果机器人贸然进入人体,合成DNA携带的基因编码很可能会扰乱人体本来的基因信息。
科学家的工作重心正集中在怎样让这些小家伙步子迈得更快一点。“很多(DNA机器人)在未来可能的应用目前还属于科幻小说的范畴。”钱璐璐说。
像人类这样的多细胞生物衰老无法阻止
似乎,随着科学的进步,纳米机器人让各类疾病的治愈都有了可能。未来会出现永不衰老的办法吗?美国亚利桑那大学研究人员带来了坏消息:从数学上看,像人类这样的多细胞生物,衰老无法阻止。
研究人员之一、亚利桑那大学教授乔安娜·梅塞尔在一份声明中说:“从数学上看,衰老不可避免,完全不可避免。逻辑上、理论上和数学上都没有办法。”
梅塞尔和博士后保罗·纳尔逊在新一期美国《国家科学院学报》上报告说,从细胞层面看,人衰老时有两种情况发生。一方面,多数细胞形成速度变慢,功能开始丧失。比如,头发细胞停止生成色素,导致头发变白；另一方面,一些细胞生长速度加快,可能会形成癌细胞。当人衰老到一定程度,很多人体内都会有癌细胞形成,不过不会表现出患癌症状。
研究人员指出,如果清除那些生长缓慢、功能丧失的细胞,那么就会让癌细胞增殖；如果清除生长过快的细胞或让其减速,那么生长缓慢、功能丧失的细胞将在体内积聚。两者只能取其一,无法兼而有之。他们的工作从数学上证明衰老是“不容置疑的事实”和“多细胞生物的内在属性”。
“衰老也许能够减缓,但却不可阻止,”梅塞尔说,“我们从数学上证明了为什么不可能同时解决两个问题。”
纳尔逊补充道:“作为一个多细胞生物,衰老是所有人都不得不面对的事件。”
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