DNA Origami Nanoboti ubijaju tumore u temeljnoj studiji

Svake godine u Sjedinjenim Američkim Državama otkriveno je gotovo 1,7 milijuna novih slučajeva raka, a svake godine od raka se traži samo 600.000 života samo u SAD-u, što ga čini drugim vodećim uzrokom smrti na nacionalnoj razini. Liječenje je ponekad gori od bolesti, jer invazivne operacije mogu biti traumatične, a kemoterapija može uzrokovati neciljane učinke koji uzrokuju pustoš na cijelom tijelu. No, nova tehnika opisana u Biotehnologija prirode koja koristi nanorobote - doslovno mikroskopske robote - za specifično ciljanje tumora i odrezivanje njihove opskrbe krvlju ima potencijal da zauvijek promijeni liječenje.

U radu, objavljenom u veljači, međunarodni tim znanstvenika pokazao je učinkovitost korištenja nanorobota DNA za napad na tumore kod miševa i svinja s rakom. Ove nanometarske veličine robota su izrađene od DNK koje se odvija upravo u pravo vrijeme i mjesto za isporuku lijeka samo točnu metu u tijelu. DNA, sklopljena poput origami paketa, držala je molekule trombina, enzima koji stvara krvni ugrušak.

Da bi provjerili radi li ovaj novi sustav za isporuku lijekova, tim znanstvenika sa Državnog sveučilišta Arizona i Nacionalnog centra za nanoznanost i tehnologiju Kineske akademije znanosti ubrizgava nanorobote u krvotoke miševa s tumorima. Otkrili su da je tretman učinkovito usmjeren na tumore, zaustavljanje njihovog rasta, pa čak i pokretanje tumorske smrti.

Ipak, zaustavljanje rasta tumora nije dovoljno za dokazivanje djelovanja lijeka, jer se mora dokazati i kao sigurno. Tako su istraživači također ubrizgavali nanorobote u krvne tragove Bama minijaturnih svinja, za koje se pokazalo da su dobri modeli za ispitivanje preliminarne sigurnosti lijekova za ljude. Jedna od glavnih briga kod nanorobota je da mogu ući u mozak i uzrokovati udarce, ali to se nije dogodilo s ispitanicima.

Preciznost nanorobota, zbog čega je njihov potencijal za sigurno liječenje raka tako velik, posljedica je njihove precizno izrađene strukture. "Paket" koji sadrži lijekove sastoji se od DNK listova, dimenzija 60 x 90 nanometara, koji omataju molekule trombina. S vanjske strane presavijenih listova nalaze se molekule koje se nuliraju na nukleolin, protein prisutan u sluznici krvnih žila povezanih s rastućim tumorima.

Ove molekule, nazvane aptameri, obje ciljaju odgovarajuće mjesto za davanje lijekova i zapravo otvaraju DNK list kako bi izložili trombin kada nanorobot pronađe pravo mjesto. U teoriji, kada se trombin oslobodi, zgrušava se krv koja ulazi u tumor i time izgladnjuje kisik koji treba rasti. Ova metoda, koja bitno guši tumor, podsjeća na klasu lijekova za rak poznata kao inhibitori angiogeneze, koji pomažu inhibirati rast krvnih žila koje hrane tumore.

Ovi nanoroboti pokazuju veliko obećanje, ali još nisu spremni za ljude. Da bi došli do toga, istraživači traže kliničke partnere za daljnji razvoj ovog načina liječenja. Ipak, činjenica da djeluje na miševe i svinje čini se da će nanoroboti poput ovih biti dostupni kao liječenje raka u našim životima.

Sažetak: Roboti s nanostupanjskim brojem imaju potencijal kao inteligentni sustavi za isporuku lijekova koji odgovaraju molekularnim pokretačima. Koristeći DNA origami konstruirali smo autonomni DNK robot programiran za prijenos korisnih tereta i prezentirajući ih posebno u tumorima. Naš nanorobot je funkcionaliziran s vanjske strane s DNK aptamer koji veže nukleolin, protein specifično izražen na endotelnim stanicama povezanim s tumorom, i trombin proteaze koagulacije krvi unutar unutarnje šupljine. Aptamer za ciljanje nukleolina služi i kao ciljna domena i kao molekularni okidač za mehaničko otvaranje DNA nanorobota. Unutarnji trombin je tako izložen i aktivira koagulaciju na mjestu tumora. Pomoću mišjih modela koji nose tumore, pokazali smo da intravenozno ubrizgani DNA nanoroboti isporučuju trombin specifično na krvne žile povezane s tumorom i induciraju intravaskularnu trombozu, što rezultira nekrozom tumora i inhibicijom rasta tumora. Nanorobot se pokazao sigurnim i imunološki inertnim kod miševa i bama minijaturnih svinja. Naši podaci pokazuju da DNA nanoroboti predstavljaju obećavajuću strategiju za preciznu dostavu lijekova u terapiji raka.