找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 388|回复: 3
收起左侧

[科教] DNA计算机有望成为“配药师”

[复制链接]

1122

主题

177

精华

3497

积分

神级会员

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

积分
3497
发表于 3-14-2017 10:51 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

亲!马上注册或者登录会查看更多内容!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x

与传统的基因测序仪相比,DNA计算机要执行“思考”动作,“智能”是必要的。“抗体模板链交换”途径,使抗体作为输入信号来进行DNA计算,抗体成为输入信号使得DNA计算能够用于基于抗体疾病的诊断,同时会得到比传统的医学检验更多的关于抗体的信息。

近日,荷兰埃因霍芬理工大学的研究团队开发出全球首个能够检测血液中多种抗体、并基于检测结果执行后续程序的DNA计算机,利用该DNA计算机可以使受控药物进入血液。日前,该研究已发表于《自然—通讯》期刊上。

研究人员通过“抗体模板链交换机”使得每个抗体可以转化为能够被DNA计算机识别的独特DNA片段,DNA计算机根据识别结果决定是否需要进行药物输送。

对于这种“能检测”“会思考”的智能DNA计算机,项目负责人、埃因霍芬理工大学生物医学工程师马腾·默克表示,这是“智能药物”开发的重要一步,利用这种“配药”新方法,未来可开发出副作用更少、成本更低、效果更好的风湿病及克罗恩病药物。

虽然,该项研究有望使得 “智能药物”个性化成为现实,也有专家认为它还会给“人机合一”带来极大的希望,但就目前研究来看,仍有许多问题值得商榷。

会思考的“安全系统”

新方法类似一个安全系统,是否开门取决于站在它前面的人:如果摄像头能够识别该人,门可以打开;如果不能识别,门则会锁上。在默克看来,之前的诊断试验研究侧重于认知,而该系统的特点是可以思考,会根据思考结果连接到药物输送等驱动。

“该项研究使DNA计算迈出巨大一步,主要表现在提高医学检测准确率、扩大DNA 计算适用性范围。”南京大学生命科学学院教授朱海亮评价道。

与传统的基因测序仪相比,DNA计算机要执行“思考”动作,“智能”是必要的。朱海亮表示,传统DNA计算机绝大多数是依赖于RNA或DNA片段的输入,从而得到所需要的分子信号,这极大限制了DNA计算在诸如生物合成、生物医学和分子诊断等方面的使用。而默克团队创造性地通过“抗体模板链交换”途径,使抗体作为输入信号来进行DNA计算,抗体成为输入信号使得DNA计算能够用于基于抗体疾病的诊断,同时会得到比传统的医学检验更多的关于抗体的信息。

另外,此项研究中的逻辑门和多元化检测,也使得DNA计算机比传统DNA计算机能够运用更多的信息,如阈值、信号扩大、反馈和信号调整等。“比起传统DNA计算机,由于抗体与靶蛋白具有高亲和力和特异性,各种生物标志都能成为抗体模板链交换DNA计算机的输入信号,使得可输入性数据得到了极大的提高,实际运用能力也得到了极大的加强。”朱海亮说。

“智能药物”前景诱人

当前,智能药物的研究非常火热,2015年,美国食品药品监督管理局首次批准将Abilify(这种药物能够治疗精神分裂症、躁狂抑郁性精神病以及抑郁症)和一种能在病人服用药物后进行追踪的传感器结合在一起,目的是通过体内的传感器来显示药物的服用情况以及治疗效果。

朱海亮表示,上述将传感器与药物结合在一起的做法,只是完成了药物治疗、结果反馈这一方向的智能化,而DNA 计算机则可以完成从抗体检测到药物输送再到药物治疗这三个方向的智能化,使得患者可以通过DNA计算机进行自主的药物治疗。

例如,风湿病、克罗恩病等慢性疾病,往往需要长期服用治疗性抗体,可服用这类药物时间越长,毒性就越明显。所以,现代医学在治疗此类慢性疾病时就会出现“怕吃药,还不得不吃药”的矛盾心理。而通过DNA计算机测量血液中的治疗性抗体的数量,再通过治疗性抗体数量的变化来精确药物的定量过程,就可以完美地解决这一棘手问题。

然而,传统的药物开发仍然是不可替代的,尤其是化学药物的开发,其基于治疗靶点进行药物的研制是“智能药物”所达不到的。不过,朱海亮表示,化学药物可以通过DNA计算机来检测治疗效果和精确定量,从而实现智能化;而在生物药物——治疗性抗体研制方面,DNA 计算机可以通过血液中的抗体检测来明确治疗性抗体的治疗效果,从而实现个性化与智能化。

多种问题仍须完善

但是,基于抗体的DNA 计算机还不够完善。“众所周知,分子生物学反应过程中易发生损伤和变质,倘若增加样品数量,尤其是增加抗体的数量,‘抗体模板链交换机’是否还能准确无误地进行抗体到DNA分子的翻译?DNA 计算机是否还能够准确地进行数据输送?这都是值得商榷的。”朱海亮分析道。

如今,基于DNA 数据的分析已经研究了近 20 年,而基于抗体数据的研究才刚刚开始,其在生物医学中的应用前景十分诱人。所以,朱海亮认为,DNA计算机在研究过程中尤其要注意“抗体模板链交换机”的准确性——是否能够准确地进行抗体到DNA 的翻译,以及如何准确反应体内特定抗体浓度的微小变化,这些都是以后研究的主要突破点。

未来,DNA计算机在研究逻辑、破译密码、基因编程、疑难病症防治以及航空航天等领域的应用都具有独特的优势,现在电子计算机望尘莫及。更为期待的是,人体也有望成为DNA计算机。

去年9月,微软就宣布了一项宏伟的计划——开发出能够进入人体并可以运行的“迷你DNA计算机”,监视癌细胞并且重新编码这些癌细胞,让癌细胞转化为健康细胞,希望在10年之内解决癌症。

斯坦福大学生物工程系和化学与系统生物学系助理教授亓磊近期也表示:CRISPR基因编辑有望让人体成为一台基因可被读取、预测和改写的“DNA计算机”,它不仅能够充当监控设备,发现潜在的致病变化,还可以在人体内合成所需的药物,治疗癌症、心脏病、动脉硬化等各种疑难病症,甚至在恢复盲人视觉方面也将大显身手。

在朱海亮看来,鉴于DNA 计算机迅捷的处理速度、极低的能耗和巨大的存储量,将DNA 计算机植入人体是完全可以想象的。因为大脑本身就是一台自然的DNA计算机,只要有一个接口,DNA计算机就可以通过接口直接接受人脑的指挥,成为人脑的外延或扩充部分,而且它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量,不用外界的能量供应。

但是,“人机合一”现在还只存在于理论层面。“首先,我们不能确保DNA计算机在人体内准确无误地开展工作。其次,植入人体的DNA计算机是否会对人体产生排异反应还未可估量。最后,实时监控、原位修复疾病技术还需要大量的临床试验去检验、完善。”朱海亮说。

0

主题

0

精华

12

积分

新米人

Rank: 1

积分
12
发表于 3-14-2017 11:30 AM | 显示全部楼层
学习了~~~
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

0

精华

3

积分

新米人

Rank: 1

积分
3
发表于 3-16-2017 06:11 AM | 显示全部楼层
感谢PattyZhou
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表