[读懂科学]纳米机器人与智能药丸…精准狙击疾病的“杀手”即将面世

Published 13 Feb.2023 19:12(KST)

Updated 17 Apr.2023 16:23(KST)

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未来药物发展到什么程度了
利用尖端ICT和基因工程
癌症等疑难病“个性化”疗法研发正火

人类大约自4200年前起就开始使用药物。罂粟中的吗啡成分、古柯树中的可卡因等生药成分是代表性例子。我国的韩药等东方生药也有很多。自20世纪以来，随着化学的发展，梅毒特效药撒尔佛散（1907年）、广谱抗生素青霉素（1927年）等化学疗法药物相继被发明，人类健康水平大幅提升。但未来的药物将是完全不同的一个维度。随着纳米技术、尖端信息通信技术和基因工程的发展，实现超精密、个体化、高效率疾病治疗的道路正在打开。可以说，人类正在克服癌症、痴呆等不治之症，向“无病长寿”的梦想迈进，并不为过。

某国内大型制药企业的研究室。资料照片。与本文无关。

未来药物的主要议题

如何高效使用药物是最大课题。为减少副作用并提高药效，“个体化用药”的概念正被积极研究。由于人类基因组存在差异，即使使用同一种药物，疗效也可能不同。为预测这一点，需要通过基因分析来选择最适合的药物。其实体现在个人基因组（DNA）中存在的碱基对差异上，大约每1000个碱基就会出现1处，常见于与癌症、肾病、精神疾病等相关的基因中。与此同时，与尖端技术融合的新概念疾病预防与治疗药物——即蛋白质药物、核酸药物、基因和细胞治疗剂等生物医药品，以及纳米医学、数字医疗等，也都是未来药学的主要热点。

作为未来药物常被提及的生物医药品，是指来源于人类或生物体的蛋白质（protein）和核酸（DNA、RNA）等，用于治疗目的，并包括基因治疗药物（gene therapy）、细胞治疗药物（cell therapy）等。就蛋白质药物而言，生长激素、胰岛素、干扰素等众多产品已经实现商业化。早期使用的是自然界中存在的蛋白质，而如今大部分是大量生产的重组蛋白。近期在应对新冠肺炎疫情的过程中广为人知的抗体治疗药也是一种蛋白质药物。通过将仅与特定抗原（如细菌毒素、病毒抗原、癌抗原等）结合的抗体用作治疗药物，来清除致病原因的抗原。它可以中和病菌毒素，或与病毒结合，抑制其侵入细胞；在癌症的情况下，则通过与癌细胞特异性抗原结合，发挥杀伤癌细胞的作用。

首尔大学药学院教授 Lee Mihok 在上月由韩国科学技术团体总联合会主办的“国民生活科学对话沙龙”上表示：“大多数治疗性抗体由少数企业垄断生产，以高价销售，但近年来模仿专利到期原研药物的生物类似药市场正在扩大”，“在我国，也有多家公司凭借优质产品瞄准全球市场，处于成长阶段”。

纳米机器人与智能药丸即将问世

作为未来药物的另一“大将”，核酸药物包括与DNA疫苗类似的DNA药物，以及mRNA疫苗和治疗剂、基于siRNA的治疗剂等RNA药物。DNA疫苗是利用微生物或微生物蛋白质制成的，以DNA形式注入人体，诱导免疫反应，使B细胞产生抗体。目前正在结核、乙型肝炎病毒、严重急性呼吸综合征病毒、艾滋病病毒等领域被积极研究作为治疗手段。2021年，印度首次紧急批准了DNA基础的新冠疫苗。mRNA疫苗是在应对新冠肺炎过程中开发并首次投入使用的，由能够产生病毒抗原的mRNA和将其包裹并递送的纳米颗粒构成。将其注射入体内后，由免疫细胞生产病毒抗原，从而增强免疫反应，生成对抗原的免疫力。

近来，应用这一技术的mRNA治疗药物也备受关注。去年，Moderna开发的mRNA-4157抗癌疫苗在第二阶段临床试验中将死亡与复发风险降低了44%，引发热议。Lee教授表示：“个体化治疗药物的方式，是采集患者个人的癌组织，分析癌抗原基因的碱基序列后，设计并生产与之对应的mRNA疫苗，再回输给患者”，“这样就会生成抗体，攻击癌组织。作为利用mRNA和患者个人遗传信息的尖端生物医药品，它有可能在癌症治疗领域写下重要一笔”。

与此同时，基于RNA干扰现象的RNA治疗药物也在研究中。这是一种自然存在的先天免疫形式，将细胞内为清除异常RNA而设的基因监视机制加以应用。通过干扰RNA，将其用作抑制特定基因的疾病治疗药物。目前，抑制导致周围神经病变的遗传性变异转甲状腺素蛋白（hATTR）表达的注射剂已经上市。

基因治疗药物也被寄予突破性成果的厚望。这是一种通过补充正常基因或纠正异常基因来治疗疾病的技术。根据将基因导入体内的方法不同，可分为病毒或细胞为基础的基因治疗、基因编辑工具等。将包含治疗所需遗传信息的DNA注入病毒或细胞，再输注入体内，DNA会寻找并作用于异常基因，发挥功能，从而实现治疗。

美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了首个细胞基础基因治疗药物“Kymriah”，以及一次给药即可完成治疗的脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗药物Zolgensma，这些产品已经上市。具有基因编辑功能的CRISPR/Cas9基因剪刀也为疑难杂症治疗带来希望。所谓基因剪刀，即将Cas9酶与向导RNA一同给药，使其在基因中实现特定遗传信息的插入、删除、扩增和突变等，从而有可能治愈疾病。

干细胞治疗药物也在长期研究开发中不断进步。通过将胚胎干细胞和成体干细胞分化为特定细胞，再移植给患者，可以取得治疗效果。但胚胎干细胞仍存在伦理争议。近年来，将来源于成体的干细胞重新编程，制备为诱导多能干细胞并加以利用的“诱导多能干细胞法”已进入正式研究阶段。

还有一种生物融合智能药物——智能药丸。智能药丸能够精准寻找靶向病灶，持续输送合适浓度的药物，从而实现高效治疗。利用纳米机器人和生物传感器的药物递送系统也在开发中。注入人体的纳米机器人能够感知体内环境，自动释放药物。胰岛素递送机器人胶囊或细菌机器人就是代表性例子。利用磁场向大脑和脊髓递送药物的中枢神经系统治疗机器人也在研制中。根据医生处方，在疾病预防、药物给药和管理等方面提供帮助的数字药物（Digital Therapeutics），以及将保健医疗与信息通信技术结合，实现远程诊疗、诊断传感器和药物给药的居家医疗系统等数字医疗技术，也有望在10至20年内实现商业化。

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Lee教授强调：“未来随着药物递送技术的发展，许多生物医药品将被开发成口服药、吸入剂或膏贴等形式，患者就不必再挨自己厌恶的注射”，“生物医药品虽然有可能比化学药品毒性和副作用更小，但仍需在设计和生产阶段尽量避免免疫反应和毒性，并进行严格的临床试验，这一点非常重要。”他还补充说：“如果创新性治疗药物不断涌现，总有一天我们也能战胜癌症。”

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。