Nanoboty DNA Origami Zabijają guzy w przełomowym badaniu

Każdego roku w Stanach Zjednoczonych wykrywa się prawie 1,7 miliona nowych przypadków raka, a każdego roku nowotwór twierdzi, że w samych Stanach Zjednoczonych żyje prawie 600 000 osób, co sprawia, że ​​jest to druga najczęstsza przyczyna zgonów w kraju. Leczenie jest czasami gorsze niż choroba, ponieważ inwazyjne zabiegi mogą być traumatyczne, a chemioterapia może powodować efekty poza celem, które powodują spustoszenie w całym ciele. Ale nowa technika opisana w Biotechnologia przyrody, który używa nanorobotów - dosłownie mikroskopijnych robotów - aby celować w nowotwory i odciąć dopływ krwi, może zmienić leczenie na zawsze.

W artykule opublikowanym w lutym międzynarodowy zespół naukowców wykazał skuteczność wykorzystania nanorobotów DNA do atakowania nowotworów u myszy i świń z rakiem. Te roboty wielkości nanometrów są wykonane z DNA, który rozwija się dokładnie w odpowiednim czasie i miejscu, aby dostarczyć lek tylko dokładny cel w ciele. DNA, złożone jak opakowanie origami, zawierało cząsteczki trombiny, enzymu, który wytwarza skrzep krwi.

Aby sprawdzić, czy ten nowy system dostarczania leków działa, zespół naukowców z Arizona State University i Narodowego Centrum Nanonauki i Technologii Chińskiej Akademii Nauk wstrzyknął nanoroboty do krwiobiegu myszy z guzami. Odkryli, że leczenie skutecznie atakuje guzy, zatrzymując ich wzrost, a nawet inicjując śmierć guza.

Jednak zatrzymanie wzrostu guza nie wystarczy, aby udowodnić, że lek działa, ponieważ musi również okazać się bezpieczny. Naukowcy wstrzyknęli także nanoroboty do krwiobiegu miniaturowych świń Bama, które okazały się być dobrymi modelami do testowania wstępnego bezpieczeństwa leków dla ludzi. Jednym z głównych zmartwień związanych z nanorobotami jest to, że mogą dostać się do mózgu i wywołać udary, ale nie zdarzyło się to u zwierząt będących przedmiotem testu.

Precyzja nanorobotów, która sprawia, że ​​ich potencjał do bezpiecznego leczenia raka jest tak wspaniały, wynika z ich starannie opracowanej struktury. „Pakiet” zawierający leki składa się z arkuszy DNA o wymiarach 60 na 90 nanometrów, które owijają się wokół cząsteczek trombiny. Na zewnątrz złożonych arkuszy znajdują się cząsteczki, które zerują na nukleolinie, białku obecnym w wyściółce naczyń krwionośnych związanych z rosnącymi guzami.

Cząsteczki te, zwane aptamerami, obydwie mają na celu dostarczenie leków i faktycznie otwórz arkusz DNA, aby odsłonić trombinę, gdy nanorobot znajdzie właściwe miejsce. Teoretycznie, gdy uwalniana jest trombina, skrzepła ona krew przedostająca się do guza, przez co głodzi się z tlenu potrzebnego do wzrostu. Ta metoda, która zasadniczo dusi guz, przypomina klasę leków przeciwnowotworowych znanych jako inhibitory angiogenezy, które pomagają hamować wzrost naczyń krwionośnych zasilających guzy.

Te nanoroboty są bardzo obiecujące, ale nie są jeszcze gotowe na ludzi. Aby to osiągnąć, naukowcy poszukują partnerów klinicznych, aby dalej rozwijać tę ścieżkę leczenia. Mimo to wydaje się, że działanie na myszach i świniach sprawia, że ​​nanoroboty takie jak te będą dostępne w trakcie naszego życia jako leki przeciwnowotworowe.

Abstrakcyjny: Roboty w nanoskali mają potencjał jako inteligentne systemy dostarczania leków, które reagują na wyzwalacze molekularne. Korzystając z origami DNA, skonstruowaliśmy autonomicznego robota DNA zaprogramowanego do transportu ładunków i prezentującego je specjalnie w nowotworach. Nasz nanorobot jest funkcjonalizowany na zewnątrz za pomocą aptameru DNA, który wiąże nukleolinę, białko specyficznie wyrażane na komórkach śródbłonka związanych z nowotworem, oraz proteazę krzepnięcia krwi trombinę w swojej wewnętrznej jamie. Aptamer kierujący do nukleoliny służy zarówno jako domena kierująca, jak i molekularny wyzwalacz do mechanicznego otwierania nanorobota DNA. Trombina wewnątrz jest w ten sposób odsłonięta i aktywuje koagulację w miejscu guza. Stosując modele myszy z guzami, wykazaliśmy, że dożylnie wstrzyknięte nanoroboty DNA dostarczają trombinę specyficznie do naczyń krwionośnych związanych z nowotworem i wywołują wewnątrznaczyniową zakrzepicę, powodując martwicę nowotworu i zahamowanie wzrostu guza. Nanorobot okazał się bezpieczny i immunologicznie obojętny u myszy i miniaturowych świń Bama. Nasze dane pokazują, że nanoroboty DNA stanowią obiecującą strategię precyzyjnego dostarczania leków w terapii nowotworowej.