У недавној студији, истраживачи су по први пут развили потпуно аутономни нанороботски систем за специфично циљање рака
У великом напретку у наномедицини, пољу које комбинује нанотехнологију са медицином, истраживачи су развили нове путеве терапијског третмана користећи веома мале наночестице величине молекула (машина или робота који су близу микроскопске скале нанометра 10-9м) до циљ рак, у овој изузетној студији објављеној у Природа Биотехнологија.
ДНК оригами нанобот: магични транспортер
ДНК оригами је процес у коме се ДНК пресавија у наноразмери и користи се за изградњу активних структура у најмањим размерама (оригами као у уметности савијања папира). ДНК је одлично складиште информација и стога структуре које су изграђене од ње могу се користити као носиоци информација. У складу са овом способношћу, ове наночестице ДНК (или 'ДНК нанороботи' или 'нанороботи' или једноставно 'наноботи') могу да померају и подижу терет на најмањим размерама за специфичне задатке у људском телу и стога су погодне за многе нанороботиц апликације. Величина таквог нанобота је 1000 пута мања од једног прамена људске косе. Ова област нанороботике била је пуна узбуђења у последње две деценије и многи стручњаци су се фокусирали на развој таквих структура наноразмера заснованих на ДНК које се могу склопити у све врсте облика и величина како би револуционисале медицину, посебно терапију и испоруку лекова.
Технологија наноробота се сада широко користи и већ је револуционирала поља као што су медицинско снимање, уређаји, сензори, енергетски системи, а такође и медицина. У медицини, наноботи имају значајне предности углавном зато што не стварају никакве штетне активности, немају могуће нежељене ефекте и веома су специфични на које место у телу ће циљати и деловати. Почетни трошкови развоја наноробота су можда високи, али производња када се ради конвенционалном методом серијске обраде смањује трошкове у великој мери. Даље, минијатурна величина наноробота чини их идеалним за циљање бактерија и вируса. Такође, мали наноробот се може врло лако убризгати у тело и лако плута кроз крв (циркулацијски систем) и помаже у откривању проблема и њиховом лечењу. Наноботи су добили велики значај у истраживању рака јер могу да буду безболна алтернатива хемотерапији која је иначе веома стресна и представља огроман лични и финансијски терет за пацијента. Хемотерапија није само оштар начин лечења рака, већ осим напада на ћелије рака, процедура оставља неколико нежељених ефеката у целом телу. Ипак, наука није успела да открије ниједну нову алтернативу хемотерапији за лечење ове по живот опасне болести зване рак. Наноботи имају потенцијал да промене овај сценарио у наредним годинама тако што ће бити ефикаснија, паметнија и циљана алтернатива за напад на рак.
Циљање рака
У овој недавној студији, сарадња између Државног универзитета у Аризони, САД, и Националног центра за Нано науке и технологије Кинеске академије наука у Пекингу, истраживачи су успешно дизајнирали, изградили и пажљиво контролисали аутоматизоване наноботе да активно траже и прецизно уништавају канцерогене туморе у телу – а да притом не штете ниједној од здравих ћелија. Они су превазишли неколико изазова који муче нано научнике више од две деценије, тако што су дизајнирали и користили веома једноставну и јасну стратегију за тражење и уништавање тумора. Стратегија је била да се специфично прекине снабдевање крвљу у туморској ћелији изазивањем коагулације крви у туморској ћелији помоћу нанобота заснованих на ДНК. Дакле, смислили су нешто наизглед једноставно – причврстити кључни ензим за згрушавање крви (назван тромбин) на површину равног ДНК оригами нанобота у наноскали. Просечна четири молекула тромбина била су причвршћена за равну површину ДНК оригами лист величине 90 нм к 60 нм. Овај равни лист био је пресавијен као лист папира који је учинио да се наноботи обликују у облик шупље цеви. Ови наноботови су убризгани у миша (који је био изазван агресивним растом тумора), путовали су кроз крвоток достижући и везујући се за своју мету – туморе. Након тога, терет нанобота – ензим тромбин – се испоручује и на тај начин блокира проток крви у тумору. до згрушавања крви у судовима који хране раст тумора, доводећи до уништења туморског ткива или смрти ћелија. Занимљиво је да се цео овај процес дешава веома брзо и наноботови окружују тумор у року од неколико сати од ињекције. Доказ узнапредовале тромбозе, у свим ћелијама тумора, примећен је након 36 сати од ињекције.
Даље, аутори су се побринули и за укључивање посебног терета на површину нанобота (названог ДНК аптамер) који би посебно циљао протеин, назван нуклеолин, који се прави у великим количинама само на површини туморских ћелија, чиме се смањује шансе да наноботи икада нападну здраве ћелије су нула. Ови наноботи не само да су смањили и убили туморске ћелије већ су и спречили метастазе – секундарни раст рака на удаљеном месту.
Сигурност и ефикасност
Аутори наглашавају да су наноботови безбедни и имунолошки инертни за употребу код мишева, па чак и код свиња, а употреба нанобота није показала никакве промене у нормалној коагулацији крви на другим местима или структури ћелија или било ког дела мозга. Стога су означени као безбедни и ефикасни за циљање и смањење тумора без икаквих могућих нежељених нуспојава. Такође је примећено да се већина нанобота деградира и чисти из тела после 24 сата. Иако би наноботови могли бити дизајнирани у моделу нанобота који се реплицира, што је разумљиво како би се смањили трошкови пошто се направи неколико копија и други наноботови се сами генеришу, јасно је да такав приступ треба примењивати само у посебним околностима. . Што се тиче области медицине, такође мора постојати сигуран прекидач за заустављање како би се спречиле све екстремне околности. Правни органи треба да осмисле прописе како би избегли било какву злоупотребу нанобота у медицини, на пример наоружаних нанобота. Када се узму у обзир сви фактори, ефикасност нанобота доводи нас до тачке да се они не могу занемарити и да ће посматрање њихових потенцијалних нанобота бити суштинска компонента медицине у будућности.
Сличан приступ би се могао користити на људима јер су аутори показали да је овај систем такође тестиран на примарном моделу рака плућа код миша – који имитира клинички ток плућа код људи. рак пацијената- и показао регресију тумора након двонедељног третмана. Такође, ове студије су спроведене на мишевима, а у року од две недеље сличан видљив ефекат на рак дојке, меланом, рак јајника и плућа примећен је код животиња. Студија, међутим, треба да се уради на људима како би се потврдила веродостојност сличних резултата и потребно је извршити робусна клиничка испитивања да би се исти постигли.
Веома паметан и циљан начин за напад на рак
Један од главних изазова терапије карцинома је да пажљиво и исправно направи разлику између ћелија тумора рака и нормалних, здравих ћелија тела. Конвенционални приступ избегавању и убијању туморских ћелија – хемотерапија и терапија зрачењем – не успева селективно да циља туморске ћелије без интеракције са нормалним телесним ћелијама. Дакле, хемотерапија и такође терапија зрачењем имају тенденцију да изазову озбиљне нежељене ефекте, како мање тако и веће, укључујући оштећење органа што доводи до веома нарушеног лечења карцинома и самим тим ниских стопа преживљавања међу пацијентима. Наноботи попут оних описаних у овој студији су први такве врсте код сисара који су веома јаки и ефикасни у идентификацији туморских ћелија и смањењу њиховог раста и пролиферације. Овај ДНК роботски систем се може користити за прецизну и циљану терапију рака за многе врсте рака, пошто су сви крвни судови који хране чврсти тумор у суштини исти.
Ово истраживање је утрло пут за будућност да почне размишљати и планирати практична медицинска решења користећи технолошка достигнућа. Крајњи циљ истраживања рака је успешно искорењивање солидних тумора, без озбиљних нуспојава и смањених метастаза. Гледајући ову студију, видимо огромну наду за будућност у којој би ова тренутна стратегија могла бити идеална за постизање крајњег циља борбе против рака. И не само рак, ова стратегија би такође могла да се развије као платформа за испоруку лекова за лечење многих других болести, јер би приступ био једноставно модификовање структуре нанобота и измена натовареног терета. Такође, наноботи нам могу помоћи да даље разумемо сложеност људског тела и мозга. Ово ће такође помоћи у извођењу безболних и неинвазивних операција, чак и оних најкомпликованијих. Хипотетички у овом тренутку, наноботови би због своје величине такође могли да сурфају кроз мождане ћелије и генеришу све повезане информације потребне за даља истраживања. У будућности, рецимо две деценије од сада, једна ињекција нанобота би могла у потпуности да излечи болести.
***
Извор (и)
Ли С ет ал 2018. ДНК наноробот функционише као терапеутик за рак као одговор на молекуларни окидач ин виво. Природа Биотехнологија. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
***
