DNA Origami Nanoboti ubijajo tumorje v prelomni študiji

Vsako leto v Združenih državah odkrijejo skoraj 1,7 milijona novih primerov raka, vsako leto pa rak trpi skoraj 600.000 življenj samo v ZDA, zaradi česar je to drugi vodilni vzrok smrti na nacionalni ravni. Zdravljenje je včasih hujše kot bolezen, saj so invazivne operacije lahko travmatične, kemoterapija pa lahko povzroči učinke, ki povzročajo opustošenje celotnega telesa. Toda nova tehnika je opisana v Biotehnologija narave, ki uporablja nanorobote - dobesedno mikroskopske robote - za specifično usmerjanje tumorjev in prekinitev njihove oskrbe s krvjo, kar lahko spremeni zdravljenje za vedno.

V članku, objavljenem februarja, je mednarodna skupina znanstvenikov dokazala učinkovitost uporabe nanorobotov DNA za napad na tumorje pri miših in prašičih z rakom. Ti nanometrski roboti so narejeni iz DNK, ki se odvija točno ob pravem času in kraju, kjer je dano zdravilo samo natančna tarča v telesu. DNA, zložen kot origami paket, drži molekule trombina, encima, ki povzroča strjevanje krvi.

Da bi preverili, ali ta nov sistem za dostavo zdravil deluje, skupina znanstvenikov z državne univerze v Arizoni in nacionalnega centra za nanoznanost in tehnologijo kitajske akademije znanosti vbrizga nanorobote v krvne tragove miši s tumorji. Ugotovili so, da zdravljenje učinkovito usmerja tumorje, ustavi njihovo rast in celo sproži tumorsko smrt.

Prenehanje rasti tumorja pa ni dovolj, da bi dokazali delovanje zdravil, saj se mora izkazati tudi za varno. Torej so raziskovalci tudi vbrizgali nanorobote v krvne trakove bamskih miniaturnih prašičev, za katere se je izkazalo, da so dobri modeli za testiranje predhodne varnosti zdravil za ljudi. Ena od glavnih problemov nanorobotov je, da lahko pridejo v možgane in povzročijo kap, vendar se to ni zgodilo pri testiranih živalih.

Natančnost nanorobotov, zaradi česar je njihov potencial za varno zdravljenje raka tako velik, je posledica njihove natančno oblikovane strukture. "Paket", ki drži zdravilo, je sestavljen iz listov DNK, ki merijo 60 do 90 nanometrov, ki ovijejo molekule trombina. Na zunanji strani prepognjenih listov so molekule, ki izločajo nukleolin, protein, ki je prisoten v sluznici krvnih žil, povezanih z rastočimi tumorji.

Te molekule, imenovane aptameri, so usmerjene na ustrezno mesto za dajanje zdravil in dejansko odprejo DNA list, da izpostavijo trombin, ko nanorobot najde pravo mesto. V teoriji, ko se trombin sprošča, se strdi, da kri vstopi v tumor in s tem izgine kisik, ki ga potrebuje za rast. Ta metoda, ki v bistvu davi tumor, spominja na razred zdravil za raka, znanih kot inhibitorji angiogeneze, ki pomagajo zavirati rast krvnih žil, ki hranijo tumorje.

Ti nanoroboti kažejo veliko obljubo, vendar še niso pripravljeni za ljudi. Da bi prišli tja, raziskovalci iščejo klinične partnerje za nadaljnji razvoj te poti zdravljenja. Kljub temu dejstvo, da deluje na miših in prašičih, omogoča, da bodo takšni nanoroboti na voljo kot zdravljenje raka v naših življenjih.

Izvleček: Roboti z nanometrskimi merili imajo potencial kot inteligentni sistemi za dostavo zdravil, ki se odzivajo na molekularne sprožilce. Z uporabo origami DNA smo izdelali avtonomnega DNA robota, ki je bil programiran za prenos koristnih tovorov in ga posebej predstavil v tumorjih. Naš nanorobot je funkcionaliziran na zunanji strani z aptamerjem DNA, ki veže nukleolin, beljakovino, specifično izraženo na endotelijskih celicah, ki so povezane s tumorjem, in trombinska proteaza za strjevanje krvi v notranji votlini. Aptamer, usmerjen v nukleolin, služi kot ciljna domena in kot molekularni sprožilec za mehansko odpiranje nanorobota DNA. Notranji trombin je tako izpostavljen in aktivira koagulacijo na mestu tumorja. Z uporabo mišjih modelov, ki nosijo tumor, dokazujemo, da intravensko injicirani DNA nanoroboti dostavijo trombin specifično na krvne žile, povezane s tumorjem, in inducirajo intravaskularno trombozo, kar povzroči tumorsko nekrozo in zaviranje rasti tumorja. Nanorobot se je izkazal za varnega in imunološko inertnega pri miših in miniaturnih prašičih Bame. Naši podatki kažejo, da DNK nanoroboti predstavljajo obetavno strategijo za natančno dostavo zdravil pri zdravljenju raka.