3D打印的DNA涂层化疗过滤器开启了癌症靶向治疗的大门

2021年6月29日，南极熊获悉，加州理工学院和加州大学旧金山分校的科学家们已经开发出载有DNA涂层的3D打印结构，能够将化疗药物导向受影响的器官，并且远离健康组织。

研究人员研发的新型设备名为"Chemo Filters"，它可以在化疗期间经过动脉注入患者体内，以引流受影响的器官并防止毒剂进入其血液中。该团队说，由于其基因组DNA涂层，Chemo Filters能够高效地捕获阿霉素，并使患者免受非目标毒性的副作用。

△3D打印药物吸收器的SEM图像通过在他们的设备上涂抹基因组DNA，研究团队能够赋予它们药物吸收的特性。图片来自《Applied Materials》杂志。

化疗过滤创新

根据美国癌症协会的研究，到2040年，癌症死亡人数将达到1600万，这一统计数字让人对目前的治疗效果产生怀疑。虽然化疗已经成为对抗疾病的有力工具，但其成功仍然受到"全身毒性"的限制，这种现象是指没有被癌细胞吸收的药物反而杀死了健康的细胞，往往造成器官的损伤。

更糟糕的是，许多化疗药物在较高的剂量下显示出更大的疗效，迫使临床医生在最大限度地抑制肿瘤和避免对周围组织的损害之间做出选择。在已经开发出更多靶向治疗的地方，它们也伴随着冗长的研发时间以及其他使人衰弱的副作用，这可能使治疗对患者来说不受欢迎。

为了解决这个问题，加州大学旧金山分校的科学家们在2014年首次创造了Chemo Filters，它的外部被包覆了DNA，这样化疗药物就会攻击它们而不是健康细胞。尽管团队试图对最初设计进行迭代，但药物结合材料的局限性阻碍了升级设备的生产。

然而，最近加州大学伯克利分校的研究人员发现，磺化的3D打印共聚物具有良好的药物捕获潜力。从他们同行业的成功中得到启发，加州理工学院和加州大学旧金山分校的团队现在提出，用DNA涂抹聚丙烯酸酯，可以使它们在体外药物捕获的应用中更加有效。

△研究人员3D打印了加载有DNA的部件和控制部件，并发现静电相互作用是实现DNA结合的最有效手段。图片来自《Applied Materials》杂志

包覆DNA的 "化疗过滤器

首先，科学家们使用Autodesk Ember DLP 3D打印机和PR48树脂生产了一套12mm（宽）x 2.5mm（高）的立方格。每个设备都有16 x 16 x 3个内部单元，开口为500 μm，使它们大到足以让细胞流过，而且其整体结构足够小，适合体外部署。

一旦准备就绪，研究团队使用两种不同的技术在他们的部件上涂上基因组DNA。在第一种方法中，未经处理的晶格被浸泡在酸性DNA溶液中，而在第二种方法中，研究人员结合静电相互作用和紫外线交联，将带负电的基因组结合到他们的设备上。

在科学家们进行测试之前，他们就已经知道，前者导致DNA链结成纤维状，而不是涂在晶格表面，从而导致更少的层。为了最大限度地提高其设备的药物吸收性能，并防止潜在的DNA "泄漏"，该团队因此在测试前将其浸泡在PBS中，在此期间他们将其暴露在体外条件下的阿霉素中。

与普通晶格相比，研究人员的新型设备被证明能够捕获几乎两倍数量的癌症药物，每30分钟就会有100pg的基因组DNA渗漏到每平方毫米的材料上。这使得该团队得出结论：他们的研究成果代表着朝着设备转化为临床应用迈出了重要一步。

该团队在其论文中总结道："从设备方法中减少化疗中的脱靶毒性具有巨大的意义，并有可能改善我们管理癌症的方式。更广泛地说，我们希望这种药物捕获的概念可以扩展到解决医学中其他必须与脱靶毒性抗争的问题。"

AM的副作用缓解装置

研究人员正在越来越多地开发新型3D打印材料和方法，以帮助减轻那些正在接受化疗的癌症患者的痛苦。就在上个月，一个科学家合作开发了3D打印的胃肠屏蔽器，有效地减少了健康口腔和胃部细胞的辐射达30%。

在北卡罗来纳州立大学，研究人员用添加剂制造了乳房放疗天线，供病人在微波热疗过程中佩戴。这些设备不仅可以定制，使佩戴者更加舒适，而且它们的介电常数有可能被调整到优于传统设备。

同样，浦项科技大学（POSTECH）的科学家们也3D打印了能够缓解食道炎症状的咽喉支架。基于一种细胞衍生的生物墨水，该团队的哑铃形装置旨在帮助减少放疗引起的任何口腔炎症，使患者能够更舒适地进食。

有关这想研究的具体细节详见他们的论文，题为 " “3D-Printed Drug Capture Materials Based on Genomic DNA Coatings "，论文由Daryl W Yee, Steven W Hetts和Julia R Greer共同撰写。

相关论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34124877/