蒙特利尔大学(UdeM)的一组研究人员设计并验证了一种由DNA制成的新型药物转运蛋白。这种分子转运蛋白被称为自我调节核酸分子缓冲液，比人类头发小约20,000倍，可以通过化学编程来输送最佳浓度的药物，使其比目前的方法更有效。该团队表示，它们的使用可以改善癌症和其他疾病的治疗方式。

对于NatureCommunications中描述的一项研究，由UdeM化学副教授AlexisVallée-Bélisle博士领导的研究人员设计了一种药物转运蛋白，专门用于输送化疗阿霉素。他们的结果表明，在使用新制剂递送药物治疗的小鼠中，多柔比星在血液中的维持时间更长，向主要器官的扩散更少，心脏毒性也更低。接受治疗的动物也更健康。在题为“用于精确持续药物输送的可编程自调节分子缓冲液”的论文中报告了他们的技术，”研究人员总结道，“这些可编程缓冲液可以由任何聚合物制成，并且应该通过增强药物活性并最大限度地减少不良反应和剂量频率来改善患者的治疗结果。”

作者解释说，成功治疗疾病的关键方法之一是在整个治疗过程中提供并维持治疗药物剂量。次优的治疗暴露会降低效率，通常会导致耐药性，而过度暴露会增加副作用。然而，该团队继续说道，“然而，由于多种原因，在目标部位保持最佳治疗浓度仍然是现代医学的主要挑战。”

由于大多数药物会快速降解，因此患者被迫(而且常常忘记)定期服用多次剂量。“这种重复给药方案通常会导致依从性差，并导致美国33-69%的药物相关住院。”而且由于每个患者都有不同的药代动力学特征，因此他们血液中的药物浓度差异很大。

受生物启发的纳米技术专家Vallée-Bélisle观察到只有大约50%的癌症患者在某些化疗期间获得最佳药物剂量，开始探索生物系统如何控制和维持生物分子的浓度。科学家们继续说道：“大自然已经进化出各种机制来实现分子的最佳自我调节剂量，而不管个体特定的药代动力学特征如何。”“例如，蛋白质转运蛋白充当分子缓冲剂，使用类似于pH缓冲剂的机制来维持游离活性分子的精确浓度。”

Vallée-Bélisle进一步指出，“我们发现生物体使用蛋白质转运蛋白，这些蛋白转运蛋白被编程为保持关键分子(如甲状腺激素)的精确浓度，并且这些转运蛋白与其分子之间相互作用的强度决定了蛋白质的精确浓度。自由分子。”

这个简单的想法促使担任加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席的Valléé-Belisle和他的研究团队开始开发人工药物转运蛋白，以模拟在治疗期间保持药物精确浓度的自然效果。该研究的第一作者、UdeM博士生ArnaudDesrosiers最初确定并开发了两种DNA转运蛋白：一种用于抗疟疾奎宁，另一种用于治疗乳腺癌和白血病的常用药物多柔比星。

然后，他证明了这些人工转运蛋白可以很容易地进行编程，以输送和维持任何特定浓度的药物。“更有趣的是，我们还发现这些纳米转运蛋白也可以用作药物储库，以延长药物的作用并最大限度地减少治疗期间的剂量，”Desrosiers说。“这些纳米转运蛋白的另一个令人印象深刻的特征是它们可以被定向到最需要药物的身体特定部位——原则上，这应该可以减少大多数副作用。”

为了进一步研究这些纳米转运蛋白的有效性，研究人员和他们的同事在小鼠身上证明了一种特定的药物转运蛋白配方可以使阿霉素维持在血液中，并大大减少其向心脏、肺和胰腺等关键器官的扩散。在使用这种制剂治疗的动物中，多柔比星在血液中的停留时间延长了18倍，心脏毒性降低，使小鼠更加健康，体重增加正常就证明了这一点。

该团队指出，综合结果“......证明我们的自我调节缓冲液产生的阿霉素的精确/持续药代动力学减少了阿霉素的一些生理效应，如体重减轻和心肌细胞空泡形成，同时增强了其他一些生理效应，如心率......有了这个展示其潜力的体内概念证明，我们相信分子缓冲液可以改善药物的输送，这些药物显示出小的治疗窗口和/或选择最佳治疗剂量仍然是一个挑战。”

Vallée-Bélisl进一步评论了这项新技术，他说：“我们的纳米转运体的另一个重要特性是它们的高度通用性。目前，我们已经展示了这些纳米转运体对两种不同药物的工作原理。但是由于DNA和蛋白质化学的高度可编程性，人们现在可以设计这些转运蛋白来精确地输送各种治疗分子……此外，这些转运蛋白还可以与人类设计的脂质体转运蛋白结合使用，这些脂质体转运蛋白现在被用来输送药物以不同的比率。”

总之，该团队指出，“我们已经证明了我们如何设计受生物启发的自调节分子缓冲液，这些缓冲液被编程为在体内释放和维持精确的药物浓度......我们表明这些缓冲液可以很容易地编程以维持有针对性的药物浓度。药物浓度，它们可以用作药物储库以延长药物的循环时间，并且可以调整它们的稳定性以匹配所需的药代动力学特征。”

研究人员热衷于验证新系统的临床效率。他们认为，鉴于多柔比星纳米转运体被编程为以最佳方式维持药物在血液循环中，因此它可能是治疗血癌的理想选择。Vallée-Bélisle说：“我们设想也可以开发类似的纳米转运蛋白，以将药物输送到身体的其他特定位置，并最大限度地增加药物在肿瘤部位的存在。”“这将大大提高药物的效率并减少它们的副作用。”作者进一步指出，“随着我们进入智能DDS[药物输送系统]时代，我们设想分子缓冲液将提供新一代智能治疗工具，考虑到患者的个体药代动力学特征，并有助于防止药物过量和用药错误。”