生物技術大突破!陽明交大製造DNA奈米藥物膠囊,可望用於癌症檢測

01 電子顯微鏡下去除碳酸鈣後的dna膠囊
電子顯微鏡下去除碳酸鈣後的DNA膠囊

台灣出現生物技術重大突破,科學家成功利用DNA製造出水凝膠膠囊,這種膠囊可以包裹藥物或訊號源,在分子層次與體內特定細胞反應,實現先感測後治療的精準醫療。

來自陽明交大生化暨分子生物研究所的廖韋晴助理教授研發團隊,利用DNA四種鹼基專一配對的性質,透過雜交鏈聚合反應,將DNA一層一層包覆在碳酸鈣上,組裝出球型的立體結構。移除碳酸鈣之後,形成中空可包裹藥物或訊號源(如螢光分子、螢光量子點)的球型DNA水凝膠膠囊。

這個大小奈米等級的膠囊,可以嵌入特殊功能的DNA,讓膠囊具有類似機械開關的功能,偵測到特定分子或環境酸鹼值後才會打開,進行刺激響應 (stimuli-responsive)釋放出裡頭的藥物或訊號源。

02 電子顯微鏡下的球型碳酸鈣(左圖),碳酸鈣包覆dna膠囊(右圖)
電子顯微鏡下的球型碳酸鈣(左圖),碳酸鈣包覆DNA膠囊(右圖)

為了測試DNA膠囊,研發團隊進一步在膠囊的橋接DNA上嵌入microRNA-141感測序列。當膠囊偵測到環境中存在的目標microRNA時,可誘發DNA序列置換,膠囊就會像鑰匙開鎖般進而釋放包裹在裡頭的訊號分子,得以測量環境中的microRNA表現量。甚至透過等溫鏈置換聚合/切口擴增反應(isothermal strand displacement polymerization/nicking amplification machinery),也能短時間內產生大量刺激因子以開啟膠囊,讓microRNA偵測更為精準快速。

microRNA(微核糖核酸)為小片段的非編碼單股RNA分子,近來研究證據顯示,microRNA失調與癌症、心血管疾病、神經元疾病和發炎反應等疾病相關,因此microRNA的檢測可作為早期診斷的生物指標或用於了解疾病發展階段。

應用核酸奈米技術,科學家可將microRNA作為開啟DNA膠囊的鑰匙開關。鑑於microRNA與癌症的關聯性且又難以偵測,這項技術將有助於有效縮短偵測時間,並達到實際可應用的偵測極限。

03 Dna膠囊示意圖
DNA膠囊示意圖

廖韋晴老師表示,DNA膠囊除了包裹訊號源用於體外生物標記偵測,也能用於裝載治療藥物,有鑑於DNA的高度生物相容性,將有機會發展成為在體內具控制釋放能力的藥物傳遞系統。這項研究由台灣及以色列共同合作,並獲得科技部支持,由張文馨碩士及李宜芳碩士協助完成,研究成果已發表於英國皇家化學學會奈米科學研究指標期刊《Nanoscale》。

廖韋晴老師研究團隊之系列研究,專注在DNA相關奈米技術的開發,運用化學方法與技術,結合DNA分子之自我組裝、感測及結構重組的性質,將其應用於生醫領域嘗試解決現今重要科學問題。

04 生化所廖韋晴助理教授(前排左一)研究團隊,右起許芝旖、薛子鈺、楊馥安、魏睿宇
生化所廖韋晴助理教授(前排左一)與研究團隊成員,右起:許芝旖、薛子鈺、楊馥安、魏睿宇