В недавнем исследовании исследователи впервые разработали полностью автономную нанороботическую систему, специально предназначенную для борьбы с раком.
Важным достижением в наномедицине - области, сочетающей нанотехнологии с медициной, - исследователи разработали новые способы терапевтического лечения с использованием очень маленьких наночастиц размером с молекулу (машины или роботы, размер которых близок к микроскопическому масштабу 10-9 нанометров). цель Онкология, в этом замечательном исследовании, опубликованном в Nature Biotechnology.
ДНК-оригами нанобот: волшебный транспортер
ДНК оригами — это процесс, при котором ДНК складывается на наноуровне и используется для создания активных структур в мельчайших масштабах (оригами, как в искусстве складывания бумаги). ДНК является отличным хранилищем информации, и поэтому структуры, построенные из нее, могут использоваться в качестве носителей информации. В соответствии с этой способностью, эти наночастицы ДНК (или «ДНК-нанороботы», или «нанороботы», или просто «наноботы») могут перемещать и поднимать грузы в мельчайших масштабах для выполнения конкретных задач в организме человека и, таким образом, подходят для многих задач. нанороботик Приложения. Размер такого нанобота в 1000 раз меньше одной пряди человеческого волоса. Эта область наноробототехники была полна энтузиазма в течение последних двух десятилетий, и многие эксперты сосредоточились на разработке таких наноразмерных структур на основе ДНК, которые могут складываться в самые разные формы и размеры, чтобы произвести революцию в медицине, особенно в терапии и доставке лекарств.
Технология нанороботов в настоящее время широко используется и уже произвела революцию в таких областях, как медицинская визуализация, устройства, датчики, энергетические системы, а также медицина. В медицине нанороботы обладают значительными преимуществами, главным образом потому, что они не вызывают каких-либо вредных действий, не имеют возможных побочных эффектов и очень специфичны, на какой участок тела они будут нацелены и на которые будут воздействовать. Первоначальная стоимость разработки нанороботов может быть высокой, но производство с использованием обычного метода пакетной обработки снижает стоимость в значительной степени. Кроме того, миниатюрные размеры нанороботов делают их идеальными для борьбы с бактериями и вирусами. Кроме того, крошечного наноробота можно очень легко ввести в организм, он легко перемещается по крови (системе кровообращения) и помогает обнаруживать проблемы и лечить их. Нанороботы приобрели большое значение в исследованиях рака, поскольку они могут быть безболезненной альтернативой химиотерапии, которая в остальном вызывает большой стресс и ложится огромным личным и финансовым бременем на пациента. Химиотерапия - это не только суровый способ лечения рака, но, помимо поражения раковых клеток, процедура оставляет несколько побочных эффектов по всему телу. Тем не менее, наука не смогла открыть какую-либо новую альтернативу химиотерапии для лечения этого опасного для жизни заболевания, называемого раком. У наноботов есть потенциал изменить этот сценарий в ближайшие годы, став более эффективным, умным и целевым альтернативным средством борьбы с раком.
Борьба с раком
В этом недавнем исследовании сотрудничество между Университетом штата Аризона, США, и Национальным центром Нано-бамбуковое волокно науки и технологий Китайской академии наук в Пекине исследователи успешно разработали, построили и тщательно контролируют автоматизированных нанороботов, которые активно ищут и точно уничтожают раковые опухоли внутри тела, не нанося вреда здоровым клеткам. Они преодолели несколько проблем, которые преследовали нано-ученых более двух десятилетий, разработав и применив очень простую и понятную стратегию поиска и уничтожения опухоли. Стратегия заключалась в том, чтобы специально перекрыть кровоснабжение опухолевой клетки путем индукции свертывания крови в опухолевой клетке с помощью нанороботов на основе ДНК. Итак, они придумали что-то, казалось бы, простое - прикрепить ключевой фермент свертывания крови (называемый тромбином) к поверхности плоского наноробота ДНК-оригами в нанометровом масштабе. В среднем четыре молекулы тромбина прикреплялись к плоской поверхности ДНК лист оригами размером 90 на 60 нм. Этот плоский лист был сложен как лист бумаги, в результате чего нанороботы сформировали форму полой трубки. Эти нанороботы были введены мыши (у которой был индуцирован агрессивный рост опухоли), они путешествовали по кровотоку, достигая своей цели - опухолей и связываясь с ней. Впоследствии груз нанороботов - фермент тромбин - доставляется, тем самым блокируя кровоток опухоли. к свертыванию крови в сосудах, которые питают рост опухоли, вызывая разрушение опухолевой ткани или гибель клеток. Интересно, что весь этот процесс происходит очень быстро, и нанороботы окружают опухоль в течение нескольких часов после инъекции. Признаки развитого тромбоза во всех опухолевых клетках наблюдались через 36 часов после инъекции.
Кроме того, авторы также позаботились о размещении на поверхности наноробота специальной полезной нагрузки (называемой аптамером ДНК), которая будет специально нацелена на белок, называемый нуклеолином, который в больших количествах образуется только на поверхности опухолевых клеток, тем самым уменьшая шансы наноботов когда-либо атаковать здоровые клетки сводятся к нулю. Эти нанороботы не только уменьшают и убивают опухолевые клетки, но и предотвращают метастазирование - вторичный раковый рост в отдаленном месте.
Безопасность и эффективность
Авторы подчеркивают, что нанороботы безопасны и иммунологически инертны для использования на мышах и даже свиньях, и использование наноботов не показало изменений нормальной свертываемости крови в других местах, клеточной структуры или каких-либо предлежаний в мозгу. Таким образом, они были признаны безопасными и эффективными для нацеливания и уменьшения размеров опухолей без каких-либо возможных нежелательных побочных эффектов. Также было замечено, что большинство наноботов разлагаются и выводятся из организма через 24 часа. Хотя нанороботы могут быть спроектированы по модели `` репликации наноботов '', что понятно для снижения затрат, поскольку делается несколько копий, а другие нанороботы генерируются самостоятельно, ясно, что такой подход следует применять только в особых обстоятельствах. . Что касается медицины, необходимо также обеспечить надежное переключение на убийство, чтобы предотвратить любые экстремальные обстоятельства. Юридическим властям необходимо разработать правила, чтобы избежать любого злоупотребления наноботов в медицине, например, наноботов с оружием. Если взвесить все факторы, эффективность наноботов подводит нас к тому моменту, что их нельзя упускать из виду, и изучение их потенциальных наноботов станет важным компонентом медицины в будущем.
Аналогичный подход может быть использован на людях, поскольку авторы показали, что эта система также была протестирована на модели первичного рака легких у мышей, которая имитирует клиническое течение заболевания легких у человека. Онкология Пациенты - и показали регресс опухоли после двухнедельного лечения. Кроме того, эти исследования были проведены на мышах, и в течение двух недель аналогичный очевидный эффект на рак груди, меланому, яичников и рак легких был замечен у животных. Однако исследование необходимо провести на людях, чтобы подтвердить правдоподобность аналогичных результатов, и для достижения этих результатов необходимо провести надежные клинические испытания.
Очень умный и целенаправленный способ борьбы с раком
Одна из основных задач терапии рака - это тщательно и правильно различать раковые опухолевые клетки и нормальные здоровые клетки организма. Традиционный подход к избеганию и уничтожению опухолевых клеток - химиотерапия и лучевая терапия - не позволяет избирательно воздействовать на опухолевые клетки, не взаимодействуя с нормальными клетками организма. Таким образом, химиотерапия, а также лучевая терапия имеют тенденцию вызывать серьезные побочные эффекты, как незначительные, так и серьезные, включая повреждение органов, которое приводит к очень плохому лечению рака и, следовательно, к низким показателям выживаемости среди пациентов. Наноботы, подобные тем, которые описаны в этом исследовании, являются первыми в своем роде среди млекопитающих, которые очень сильны и эффективны в идентификации опухолевых клеток и уменьшении их роста и распространения. Эту ДНК-роботизированную систему можно использовать для точной и целевой терапии многих видов рака, поскольку все кровеносные сосуды, питающие солидные опухоли, по сути одинаковы.
Это исследование проложило путь в будущее, чтобы начать думать и планировать практические медицинские решения с использованием технологических достижений. Конечная цель исследований рака - успешное искоренение солидных опухолей без серьезных побочных эффектов и уменьшение метастазов. Глядя на это исследование, мы видим огромную надежду на будущее, в котором нынешняя стратегия может быть идеальной для достижения конечной цели - борьбы с раком. И не только рак, эту стратегию можно также разработать как платформу доставки лекарств для лечения многих других заболеваний, потому что подход будет заключаться в простом изменении структуры нанороботов и изменении загруженных грузов. Кроме того, наноботы могут помочь нам лучше понять сложность человеческого тела и мозга. Это также поможет в проведении безболезненных и неинвазивных операций, даже самых сложных. Гипотетически на данном этапе из-за своего размера нанороботы также могут перемещаться по клеткам мозга и генерировать всю соответствующую информацию, необходимую для дальнейших исследований. В будущем, скажем, через два десятилетия, одна инъекция наноробота может полностью излечить болезни.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Ли С. и др., 2018. ДНК-наноробот действует как противораковое средство в ответ на молекулярный триггер in vivo. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
