可对生物靶标群起而攻之 智能DNA分子纳米机器人模型来了

  智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架,长度通常为100个左右的核苷酸,通过自身折叠形成纳米尺度的结构。在试管液体环境下,智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子,然后迅速集结展开“围攻”,实现对目标生物分子的捕获和信号放大,有助于研究人员对其快速追踪。

  我们所熟知的机器人都是“钢铁战士”,帮助人类完成高危、高难度的工作。如今,生命的遗传物质——脱氧核糖核酸(DNA)为纳米机器人缔造了“血肉之躯”,刷新了人们的认知。

  近日,中国科学院合肥物质科学研究院杨良保研究员课题组与安徽大学等机构合作,构建出了可非线性云集“围攻”生物靶标分子的智能DNA分子纳米机器人模型。有关论文发表于纳米材料领域顶级期刊《纳米视野》。

  用DNA分子造个机器人

  早在20世纪中期,国外学者就提出了分子机器的设想,预测未来只要把纳米机器人放进人体的血液中,它们就能自动抵达病灶,进行手术,治疗疾病。然而,构筑这样的机器人并不容易。超分子化学领域经历50多年的发展,已经可以制备出颇为精巧的“分子马达”“分子算盘”“分子汽车”等人工分子机器。尽管如此,这些人工分子机器无论是其功能性还是多样性,都难以匹敌自然界的分子机器,如蛋白质等。

  作为遗传物质的DNA,有着令人叹为观止的精准组装能力。20世纪80年代,国外学者提出利用DNA分子构建各种具有纳米尺度形状和结构的聚集体的想法,并将其发展成为一个富有活力的DNA纳米技术领域。“这种技术将DNA分子的组装能力发挥得淋漓尽致。结合核酸适配体、核酶、各种刺激响应DNA基元以及DNA链交换反应,人们甚至可以让DNA纳米结构‘动’起来,并在物质和能量的输入下,实现计算、行走、搬运、整理等多种功能。”论文第一作者、安徽大学生命科学学院教师李绍飞表示。

  李绍飞告诉科技日报记者,DNA纳米机器人将纳米尺度的DNA作为结构基础。合理设计DNA分子,可以构筑成具有步移、结构开合、靶标捕获等动态功能的DNA纳米机器人,可应用于分析化学、医学诊断和疾病治疗等多个领域。

  李绍飞说,DNA纳米机器人体积小、特别适用于狭窄的人体循环系统的药物靶向递送。“让DNA纳米机器人靶向递送药物,到达指定地点,定向治疗炎症或清除肿瘤,同时减少在正常组织或细胞的分布,是医学纳米技术的终极目标之一。”李绍飞说。

  不仅能精准送药还能“杀敌”

  “DNA是由4种核苷酸为基本单位连接而成的生物分子序列,特定的核苷酸之间可以相互配对结合。”李绍飞介绍,核苷酸的自身作用力和序列的可编程性,以及快速发展的DNA合成和修饰技术,为DNA纳米机器人行使药物靶向递送功能奠定了基础。

  “将识别和结合肿瘤细胞的分子,包括核酸适配体、肽、抗体和生物小分子等,通过化学方法与DNA连接,就宛如为DNA纳米机器人装载了‘定向导航系统’,可发挥机器人的靶向功能。”李绍飞说,同样,将抗肿瘤药物,包括功能核酸、化疗药物、蛋白质、多肽和纳米颗粒等与DNA结合,可发挥DNA纳米机器人的药物负载和递送功能。

  李绍飞介绍,在传统的药物递送系统里,药物经血液循环,被动到达有效部位的效率非常低。大剂量的使用药物,将在全身产生严重的毒副作用。而DNA纳米机器人,通过与环境作用自我驱动,可将药物有选择地运送到靶向部位,提高靶向部位的药物浓度。

  “由于DNA序列具有良好的生物相容性、相对的化学稳定性,因此DNA纳米机器人也具有这些特点,且还具有药物包裹和药效保护、提高肿瘤细胞对药物的摄取效率等多种独特功能。”李绍飞说。

  “在试管液体环境下,智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子,然后迅速集结展开‘围攻’,实现对目标生物分子的捕获和信号放大,有助于研究人员对其快速追踪。”李绍飞说,这就像一只蜜蜂盯上了目标物,然后召唤其他蜜蜂不断围攻,形成容易被发现的聚集群一样。

  李绍飞介绍,智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架,长度通常为100个左右的核苷酸,通过自身折叠形成纳米尺度的结构,其形状类似于一个发夹。

  智能DNA分子纳米机器人模型由多功能机械臂和备选附件(药物、信号标签、靶标钳夹等)、靶标验证器、智能云集路径控制器和自组装马达等部件组成。每个部件都有各自的“使命”。例如,多功能机械臂可以从混合物中抓取目标分子,然后由靶标验证器检验抓取目标的正确性。在抓取和识别到正确的目标分子后,机器人开始在路径控制器的引导下,按照非线性的路径方式云集,并依赖自组装马达驱动机器人完成云集组装,最终形成大的组装体。当这些部件完成各自“使命”时,目标分子充分“暴露”,只能乖乖“束手就擒”。

  补齐短板方可迎来广阔前景

  早在1959年,诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就提出了纳米机器人的设想,这是药物靶向递送纳米机器人概念的起源。20世纪90年代,纳米技术的兴起,不断推动纳米机器人的发展。2017年,美国科研人员在《科学》杂志上发文,介绍了一款具有分拣功能的DNA纳米机器人,它可以抓住某些分子,并且将它们释放到指定的位置上,这是DNA机器人的重要一步。2018年,我国国家纳米科学中心设计出一种DNA纳米折纸机器人,可携带药物准确寻找到癌细胞的藏身之处。

  “无论是国内还是国外,对DNA纳米机器人的研究仍处于初级阶段,距离临床应用还有很长的路要走。”李绍飞认为,虽然经过几十年的研究和发展,DNA纳米机器人作为新型药物靶向递送系统,不断取得突破。然而,为了满足生物医学应用的实际需求, 纳米机器人在生物安全性、体内跟踪导航、递送效率、可持续地精确操控以及其他方面仍然存在诸多挑战。

  李绍飞表示,他们研究团队成员分别将肿瘤细胞小分子和外泌体等作为靶标,成功对靶标实现了追踪,初步验证了智能DNA分子纳米机器人模型的应用性能。

  尽管目前已经创新了方法原理,并且建立了模型,但李绍飞坦言:“考虑到DNA分子运动的复杂性和表征手段的局限性,以及生物样品的多样性,对模型的应用性能探索空间还很大。”李绍飞表示,下一步,团队将重点优化智能DNA分子纳米机器人模型云集组装效率,并进一步整合优良的信号读出技术,挖掘其在DNA纳米技术、生化分析和生物医学中的应用潜能。

  “特别是针对当前流行传染性疾病,团队正着手探索利用智能DNA分子纳米机器人模型进行超灵敏诊断的可行性。”李绍飞表示,随着计算机科学、材料学、机器人学和医学等学科的发展和学科交叉的融合进步,智能DNA纳米机器人在药物靶向递送中必然拥有广阔的前景和发展空间。

  来源:科技日报

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不知道为什么发微博文章被限流了,就直接贴这里了:
专访#浙江 FC# 钟浩然,走进这位“网红”的内心世界#中超#
(采访于本赛季第6轮战胜山东之前,原文刊登于杭州网:https://t.cn/A6aqiwEO)

本赛季中超开赛前,因为自编自导的vlog大受球迷欢迎,浙江FC球员钟浩然的人气一路走高,被大家戏称为“网红”。不过另一方面,中超开赛后,随着球队升级新援加入,钟浩然的场上位置已经从主力变成了主力轮换,这对他的第一个中超赛季,又是一个新的考验。

连胜释放压力
全队有信心立足中超

足足等了5轮,作为升班马的浙江队终于在6月20日取得了重返中超的第一场胜利,尽管对手广州城是全华班球队,但捅破这层窗户纸,也足够让全队释放一些压力。而随后的第6轮,浙江队2比0力克卫冕冠军山东泰山,进一步证明这支球队有能力立足中超。

“之前连续4轮不胜,大家的压力肯定有。”钟浩然平时经常和外援沟通,他能感觉到,作为进攻型球员没有把握住更多的进球机会,他们的压力比国内球员更大。“其实从数据上看我们占优,只是没有转化成进球。”好在,弗兰克、穆谢奎、埃沃洛在近两轮火力全开,三叉戟合力打入5球。

当然,从中甲到中超,在次级联赛沉寂6年的浙江队回到顶级联赛,尽管补充了几名新援,但依然需要时间去适应中超的比赛节奏和强度。“前几轮就当攒人品吧,需要有一个适应的过程。”钟浩然直言,中超的外援水准明显要比中甲高一级,对细节把控的要求也更高,也许一次疏漏就可能导致丢球。

实际上,球队升入中超后,乔迪对防守端提出了更高的要求,中场也配置了双后腰来保护后防线。“中甲的时候肯定要全力进攻,现在更注重防守了。”钟浩然表示,现在球队在防守端做得还不错,控球上也有一定优势,通过训练再加强细节方面,球队有信心在中超站稳脚跟。

不惧队内竞争
未来梦想进入国家队

6月3日,中超首轮,钟浩然替补登场,在27岁的年纪完成了中超首秀。赛后,他发微博说:“离梦想又近了一点点。”那这个“梦想”究竟是什么?他回答说:“进国家队。”

的确,对每一名职业球员来说,国家队必定是终极梦想,而对曾经入选过国青队的钟浩然来说,这种欲望势必更加强烈。“穿上中国队的战袍,那种自豪感和荣誉感,是无法用语言来形容的。”不过,他也明白,这个梦想得“一步步”来,现阶段的目标自然是要在队里获得更多的出场时间。

6轮比赛,出场5次,首发1次替补4次,从中甲时期的主力,到现在中超的轮换阵容,钟浩然面对的是新援张佳琪强有力的竞争,后者的高大身材和防守硬度目前更被乔迪所看重。“教练有自己的考虑,他会根据战术和风格,选择合适的队员。”在他看来,一切都以团队利益为先,球员之间的良性竞争也会促进球队提高,“球员之间肯定要互相合作,帮助球队赢球。”

钟浩然坦言个人在休赛期准备中超时,不仅在身体上加强了训练,也在心理建设上做足了准备。在记者看来,这或许是他在面对出场时间问题时,能够保持一个良好的心态的重要原因。比如,第2轮面对长春亚泰时,钟浩然本来即将替补上场,但马修斯突然受伤导致临时更换人选,最终他没能获得比赛机会,第二天他还自己发视频自嘲“社死现场”,颇有意思。

实际上,从技术特点来说,钟浩然与张佳琪并不雷同,各有优势,随着联赛的深入,赛会制之下,乔迪势必需要更多轮换,两人同时首发也未必不可能。对接下去的比赛,他希望有更多出场,有更多的进球。

想当正能量博主
让球迷更了解职业球员

球场上的钟浩然作风顽强、一丝不苟,场下的钟浩然乐观开朗、幽默风趣,这样的性格也让他更愿意接近球迷,和球迷做更多交流,而他的方式就是vlog。

钟浩然开始频繁更新vlog始于上赛季浙江队冲超后,分享个人感悟、日常生活、休赛期训练等。最近则由于新赛季开打,他更新vlog的频率明显下降了,主要内容是在海口赛区的比赛和训练。“刚开始我还写脚本,现在熟练之后,拍摄加剪辑只需要1个多小时,也为相对枯燥的封闭式赛会制增添了一些乐趣。”他还开玩笑表示,说不定退役之后,可以将其作为另一种行当。

4月起,钟浩然推出了个人留洋故事,至今已有十几集。“开始踢球的时候就有一个留洋梦,希望走出去看看。”在他看来,在足球底蕴深厚的塞尔维亚,虽然那几年的经历谈不上辉煌,但影响深远,让他对足球理念的认知和职业生涯的规划有了更加清晰和明确的认识。同时,钟浩然也希望用自己的亲身经历,给小球员一些启发,对他们未来的足球生涯有所帮助。

现在,打开某视频社交平台,钟浩然已有4万粉丝,甚至高于俱乐部的3.2万,这一路走高的人气,他也被很多球迷戏称为“网红”。对此,钟浩然表示,与其被称为“网红”,他更想成为一个正能量博主,“我想让更多球迷了解职业球员,打消一些误解。”

有趣的是,谈及在直播中被球迷“催婚”的话题,钟浩然坦言,最近两年看着身边的队友一个个组建家庭,自己确实有点“惆怅”。而对球迷“推荐”的高颜值浙江女足队员,他笑着说,女足球员也在择偶范围内,但重要的是看感觉,“只要感觉对了,那就什么都对了。”​​​​​​​​


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