巴塞尔大学DNA“魔术贴”纳米机器人：模块化自组装，体外杀死84%癌细胞

想象一下，一个微小到可以在你血管中游走的机器人，它能根据指令自行组装，当场制造药物，任务完成后还能被回收、重新“装弹”再次使用——这不再是科幻小说。瑞士巴塞尔大学（University of Basel）的研究团队真的造出了这样一个机器人：一个模块化、可重复使用的纳米机器人，它依靠基于DNA的“分子魔术贴”拼接在一起，并在实验室中成功杀死了癌细胞[8, 9]。

由Cornelia Palivan教授领导的团队设计的这个纳米机器人，外形酷似微缩版的登月火箭。它由两个独立的模块组成——一个磁力推进单元和一个有效载荷舱——当每个模块表面互补的DNA链相互结合时，它们就会自主组装成一个完整的纳米机器人。这种DNA“魔术贴”是可编程的，使得模块可以按需配对、分离并重新组合。

纳米机器人的工作原理

该系统的设计刻意追求简单，但具有高度适应性：

• 模块化设计： 两个截然不同且可重构的模块——磁力推进单元和有效载荷舱。
• 基于DNA的“分子魔术贴”： 每个模块都带有互补的DNA链。当它们相遇时，这些链会结合，将模块“啪”地一声扣合在一起，形成一个功能完整的纳米机器人。这种结合可以被逆转，从而回收模块。
• 磁力推进： 推进模块具有磁性，可以实现外部操控。磁场可以引导机器人到达目标（例如肿瘤），并在任务完成后将其回收以备重复使用。
• 有效载荷舱： 该舱内装有四个纳米级的聚合物囊泡，每个囊泡都装载了特定的酶。底物通过微小的孔隙进入，酶会将其转化为具有活性的产物，这些产物随后被局部释放。囊泡还可以选择性地打开，以释放生物活性化合物。
• 对接能力： 有效载荷舱上的其他生物分子使纳米机器人能够附着在特定的细胞表面或材料上。

HeLa细胞实验结果

团队用HeLa癌细胞（一种癌症研究中广泛使用的人类细胞系）对纳米机器人进行了测试：

• 荧光标记显示，纳米机器人聚集在了HeLa细胞的表面。
• 当装备了能产生抗癌药物的酶时，在72小时内，这些纳米机器人将HeLa细胞的存活率降低到了16% ——这意味着84%的癌细胞被杀死。
• 其有效性来源于直接在细胞表面进行的集中、局部的药物生产，而非全身性给药。

更广泛的应用前景与下一步计划

模块化设计意味着该平台的应用范围远不止于癌症治疗。通过更换有效载荷舱，同一个纳米机器人可以被改用于完全不同领域：

• 靶向医疗： 将治疗剂直接递送至肿瘤或病变组织，磁性模块则支持回收和重复使用。
• 工业催化： 用不同的酶重新填充有效载荷舱，用于制造业中的按需催化反应。
• 环境修复： 潜在用途包括水净化和污染物分解。
• 可重复使用性： 模块可以分离，有效载荷舱可以重新填充，然后模块可以再次结合——而磁力推进单元在这个过程中可以被完全回收并重复使用。
• 人体应用： 在人体中的应用仍是一个长远目标，但该平台的设计使得只需修改有效载荷舱，就能很容易地适应各种需求。

这项研究成果已发表在学术期刊 Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202600079）上。该研究是在瑞士国家分子系统工程能力研究中心（NCCR-MSE）和瑞士纳米科学研究所（Swiss Nanoscience Institute）的框架下，与海德堡大学合作完成的[8, 12]。