【正文】 細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性基因治療。但因腺病毒載體對(duì)分裂及靜息期的細(xì)胞均有感染性，同樣也達(dá)不到肝癌組織靶向性轉(zhuǎn)導(dǎo)的目的。逆轉(zhuǎn)錄病毒只在分裂增殖細(xì)胞中整合入細(xì)胞染色體，因此對(duì)肝癌細(xì)胞有相對(duì)靶向性，但其表達(dá)效率較低，且有引起插入突變的可能。 ? 基因治療的載體 分為非病毒載體和病毒載體?；蛑委熡腥齻€(gè)重要的環(huán)節(jié)，一是找到出毛病的基因（即所謂靶基因）；二是獲得用于取代靶基因的正常基因（即所謂目標(biāo)基因）；三是要有適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蚴侄螌⒄；蜉斔偷桨胁课?，?shí)現(xiàn)基因的治療。主動(dòng)靶向載體大大提高了基因傳遞的特異性 , 并加強(qiáng)了靶細(xì)胞對(duì)目的基因的攝取。由于納米基因載體在腫瘤、炎性病變部位組織毛細(xì)血管通透性明顯高于正常的毛細(xì)血管 , 可選擇性地在病變部位滲漏 , 實(shí)現(xiàn)被動(dòng)靶向基因傳遞 , 但這種靶向治療的特異性不強(qiáng)。靶向性基因轉(zhuǎn)移載體可有效提高了基因傳遞的特異性 , 降低治療副作用。根據(jù)所選用的材料在體內(nèi)的水解速度不同 , 可實(shí)現(xiàn)所負(fù)載核酸分子的可控、緩慢釋放 , 如 PLGA納米粒載體可通過(guò)逐漸水解使目的基因緩慢釋放達(dá)一月之久。納米粒載體由可降解的高分子材料合成 , 不同的納米材料有不同的降解速率。納米粒在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間可明顯延長(zhǎng)。 36 ? 緩釋、控釋性基因傳遞 ：載體在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間受載體粒徑大小影響。載體通過(guò)胞吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)后 , 如何實(shí)現(xiàn)溶酶體的逃避 , 以及細(xì)胞核內(nèi)的定位亦是提高基因治療效率的關(guān)鍵問(wèn)題。大量實(shí)驗(yàn)研究表明細(xì)胞對(duì)載體的攝取效率有明顯的尺寸依賴性。如聚氰基丙烯酸烷基酯陽(yáng)離子納米粒負(fù)載的反義寡核苷酸在細(xì)胞培養(yǎng)基中具有抗核酸酶的作用 , 阻止了寡核酸的降解 , 靜脈給藥體內(nèi)的穩(wěn)定性顯著提高。 35 ? 核苷酸保護(hù)作用 ： 裸 DNA、寡核苷酸在體內(nèi)可被核酸酶迅速降解。因此 , 發(fā)展新型的安全、高效的基因治療載體系統(tǒng)顯得非常關(guān)鍵。目前 , 用于基因治療的基因轉(zhuǎn)移載體有 : 反義核酸、質(zhì)粒 DNA、重組病毒載體等 , 但各有載體互有利弊。 ? 納米藥物分子運(yùn)輸車 ： 34 納米技術(shù)在基因轉(zhuǎn)運(yùn)與基因工程中的應(yīng)用 1. 納米技術(shù)在基因?qū)胫委熤械膽?yīng)用 ? 基因治療是生物治療的重要組成部分 , 是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。研究表明， AONs可以比較容易地與親脂性的生物降解型高分子納米粒相結(jié)合，或者被包裹在某些親水性體系（如海藻酸的納米系統(tǒng)）中。 5. 反義核酸技術(shù)的應(yīng)用 ? 反義寡核苷酸（ Antisense oligonucleotide， AONs）能特異性阻斷基因表達(dá)，但不穩(wěn)定，易被體內(nèi)細(xì)胞中的核酸酶消化，為達(dá)到治療目的，需不斷向體內(nèi)注射 AONs以保證其有效治療濃度。 機(jī)器人醫(yī)生在未來(lái)三年內(nèi)：當(dāng)機(jī)器人醫(yī)生發(fā)現(xiàn)可疑病變組織后，立即能伸出“手”來(lái)取樣進(jìn)行活檢 33 4. 生物大分子的物質(zhì)裝配及應(yīng)用 ? S層蛋白通過(guò)分子表面修飾或作為基質(zhì)，用于識(shí)別、固定、配對(duì)和調(diào)節(jié)單分子作用。 ? 檢查體內(nèi)疾病 像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕 上一 目了然。這不僅會(huì)提高動(dòng)脈壁的彈性 ,還會(huì)使通過(guò)動(dòng)脈的血液流動(dòng)狀況得到改善。不僅如此，DNA計(jì)算機(jī)所消耗的能量卻小的出奇，只有普通半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)的 10億分之一?；诜肿臃磻?yīng)的DNA計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度極快，科學(xué)家認(rèn)為，它幾天的運(yùn)算量就可相當(dāng)于計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)世界上所有計(jì)算機(jī)的總計(jì)算量。 DNA分子中遺傳密碼相當(dāng)于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)， DNA分子之間可以在某種酶的作用下瞬間完成生化反應(yīng)，從一種基因代碼變?yōu)榱硪环N基因代碼。同時(shí)還具有和人腦一樣非常優(yōu)越的分析、判斷、聯(lián)想、記憶等智能。 30 ? 生物計(jì)算機(jī) ：生物計(jì)算機(jī)是納米生物學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，其主要研究目標(biāo)是尋找或創(chuàng)造一些特定的生物分子，并期待這些生物分子能夠更加快速地完成計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)算和存儲(chǔ)功能，代替目前的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)中央處理器（ CPU）和存儲(chǔ)器。應(yīng)用納米技術(shù)可以在微小空間重新排列基因遺傳密碼，利用基因芯片迅速查出人的基因密碼中的錯(cuò)誤，并迅速利用納米技術(shù)將錯(cuò)誤基因進(jìn)行修正，治療遺傳缺陷疾病。 納米機(jī)器人消滅癌細(xì)胞虛擬圖 29 ?模仿線粒體機(jī)器人 ： 模仿線粒體制造的納米機(jī)器人將可能為醫(yī)學(xué)的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)，因?yàn)槿藗円呀?jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體與衰老、運(yùn)動(dòng)疲勞以及很多與衰老相伴而生的疾病如糖尿病、帕金森氏并等有很重要的關(guān)系。如此設(shè)計(jì)的生物導(dǎo)彈，就是在血液中或細(xì)胞間隙游走的納米機(jī)器人，以便專門清除血管壁上沉積物，減少心血管疾病的發(fā)病率；它一旦遇到癌細(xì)胞就會(huì)抓住不放并鉆入細(xì)胞中釋放抗癌藥物殺死癌細(xì)胞。因此，模擬酶分子制造納米機(jī)器人用于凈化環(huán)境和對(duì)工業(yè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行催化是一個(gè)巨大的潛在生長(zhǎng)力。 27 ? 模擬酶機(jī)器人 ： 酶是生物催化劑，生命過(guò)程的每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有一個(gè)相應(yīng)的酶進(jìn)行催化，所以生命現(xiàn)象就是成千上萬(wàn)個(gè)在功能上有相互協(xié)調(diào)關(guān)系的酶分子井然有序地表現(xiàn)催化功能的結(jié)果。進(jìn)一步利用肌細(xì)胞的纖維結(jié)構(gòu)骨架和纖毛結(jié)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)部件），還可以制備有支撐、牽引和杠桿功能的零件并以酶為核心統(tǒng)一成具有特定功能的結(jié)構(gòu)，即形成生物機(jī)器。 26 Molecularscale machines could one day have medical applications such as removing cancerous cells. Nature 451, 770771 (14 February 2022) | 利用氨基酸為原料，按照分子設(shè)計(jì)組成線狀肽鏈，合成所需的蛋白質(zhì)“零件”。 ? 第三代納米機(jī)器人是包含 納米計(jì)算機(jī) ，可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞；還可進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的ＤＮＡ，把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。 “納米機(jī)器人”是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“ 功能分子器件 ”。將來(lái)有可能完成在人體細(xì)胞內(nèi)發(fā)放藥物等醫(yī)療任務(wù)。該設(shè)備共包括三個(gè)組件，兩個(gè)金屬推進(jìn)器和一個(gè)附屬于與金屬推進(jìn)器相連的金屬桿的生物分子組件。例如紫杉醇就是由于對(duì)微管蛋白分子馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)有干擾，而成為抗癌藥物的明星。 F1ATP酶與納米機(jī)電系統(tǒng)的組合已成為新型納米機(jī)械裝置，可完成在血管內(nèi)定向輸送藥物、清除血栓、進(jìn)行心臟手術(shù)等復(fù)雜工作。其中 線性分子馬達(dá) 是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并沿著一條線性軌道運(yùn)動(dòng)的生物分子，主要包括肌球蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白、 DNA解旋酶和 RNA聚合酶等。 22 ? 所謂分子馬達(dá)即分子機(jī)械，是由生物大分子構(gòu)成并利用化學(xué)能進(jìn)行機(jī)械做功的納米系統(tǒng)。如某一位點(diǎn)顯示一種熒光，說(shuō)明該標(biāo)記的基因只在此細(xì)胞樣品中表達(dá)。光強(qiáng)越強(qiáng)，樣品中該基因的表達(dá)水平越高。 基因表達(dá)的微陣列圖：以兩種顏色的熒光標(biāo)記來(lái)自于兩種細(xì)胞的樣品，雜交后，對(duì)微陣列的每一位點(diǎn)進(jìn)行熒光掃描。 21 DNA芯片還可用于監(jiān)測(cè)不同的人體細(xì)胞和組織基因表達(dá)，以檢測(cè)癌癥或其它疾病所對(duì)應(yīng)的基因的變化。三種探針?lè)謩e與三種蛋白發(fā)生特異性相互作用。 DNA芯片技術(shù)可以快速分析大量的基因信息，從而使生物醫(yī)學(xué)工作者可以研究并收集基因表達(dá)和變異信息。將已知的 DNA和未知的核酸序列之間的一方以有序的陣列固定到載玻片或硅片上，再與熒光標(biāo)記的另一方進(jìn)行雜交。待測(cè)基因通過(guò) PCR擴(kuò)增技術(shù)得到數(shù)量放大，再進(jìn)行熒光標(biāo)記，使其在篩選過(guò)程中產(chǎn)生可識(shí)別的熒光發(fā)射或光譜轉(zhuǎn)移。實(shí)際上， DNA芯片是一種特殊的分子操縱，即將 DNA子片段集約固化在