ДНК оригами наноботи убиват туморите при новаторско проучване

Всяка година в Съединените щати се откриват близо 1,7 милиона нови случая на рак и всяка година ракът изисква почти 600 000 животи само в САЩ, което я прави втората водеща причина за смърт на национално ниво. Лечението понякога е по-лошо от заболяването, тъй като инвазивните операции могат да бъдат травматични, а химиотерапията може да предизвика нецелеви ефекти, които опустошават цялото тяло. Но една нова техника, описана в Nature Biotechnology, която използва нанороботи - буквално микроскопични роботи - за специфично насочване на тумори и прекъсване на кръвоснабдяването им, има потенциал да промени лечението завинаги.

В статията, публикувана през февруари, международен екип от учени демонстрира ефективността на използването на ДНК нанороботи за атака на тумори при мишки и прасета с рак. Тези нанометрови роботи са направени от ДНК, която се разгръща точно в точното време и място, за да достави лекарство само точната мишена в тялото. ДНК, сгъната като пакет от оригами, съдържа молекули тромбин, ензим, който прави кръвен съсирек.

За да провери дали тази нова система за доставяне на лекарства работи, екипът от учени от Държавния университет на Аризона и Националния център за нанонауки и технологии на Китайската академия на науките инжектира нанороботите в кръвта на мишки с тумори. Те открили, че лечението ефективно насочва туморите, спиране на техния растеж и дори иницииране на туморна смърт.

Спирането на растежа на тумора обаче не е достатъчно, за да се докаже, че лекарството работи, тъй като то също трябва да се окаже безопасно. Изследователите също инжектираха нанороботите в кръвта на миниатюрни прасета Бама, за които се оказа, че са добри модели за тестване на предварителната лекарствена безопасност за хората. Едно от основните притеснения на нанороботите е, че те могат да влязат в мозъка и да причинят инсулти, но това не се случи с тестваните животни.

Прецизността на нанороботите, което прави техния потенциал за безопасно лечение на рак толкова голям, се дължи на тяхната щателно изработена структура. „Пакетът“, съдържащ наркотици, се състои от ДНК листове с размери 60 на 90 нанометра, които обгръщат молекулите на тромбина. От външната страна на сгънатите листове са молекули, които нулират нуклеолина, протеин, който присъства в лигавицата на кръвоносните съдове, свързани с нарастващите тумори.

Тези молекули, наречени аптамери, са насочени към правилното място за доставяне на лекарства и всъщност отварят листа на ДНК до излагане на тромбин, когато нанороботът намери правилното място. На теория, когато тромбинът се освободи, той съсирва кръвта, влизаща в тумора, като по този начин го изгаря от кислород, от който тя трябва да расте. Този метод, който по същество удушва тумора, напомня за класа на раковите лекарства, известни като инхибитори на ангиогенезата, които спомагат за инхибиране на растежа на кръвоносните съдове, които хранят тумори.

Тези нанороботи показват голямо обещание, но все още не са готови за хората. За да стигнат до там, изследователите търсят клинични партньори за по-нататъшно развитие на този път на лечение. Все пак, фактът, че изглежда, че работи при мишки и прасета, прави възможно нанороботи като тях да бъдат на разположение като лечения за рак в нашия живот.

Анотация: Наномащабните роботи имат потенциал като интелигентни системи за доставяне на лекарства, които отговарят на молекулярните импулси. Използвайки ДНК оригами, ние построихме автономна ДНК робот, програмиран да пренася полезни товари и да ги представя специално в тумори. Нашият наноробот е функционализиран отвън с ДНК аптамер, който свързва нуклеолина, протеин, специфично експресиран в тумор-асоциирани ендотелни клетки, и тромбин в кръвната коагулация в неговата вътрешна кухина. Аптамерът, насочен към нуклеолин, служи както за прицелен домейн, така и като молекулен тригер за механичното отваряне на ДНК наноробота. Така вътрешният тромбин е изложен и активира коагулацията на мястото на тумора. Използвайки туморно-носещи миши модели, ние демонстрираме, че интравенозно инжектираните ДНК нанороботи доставят тромбин специфично към тумор-свързани кръвоносни съдове и индуцират интраваскуларна тромбоза, водеща до туморна некроза и инхибиране на туморния растеж. Нанороботът се оказа безопасен и имунологично инертен при мишки и миниатюрни прасета Бама. Нашите данни показват, че ДНК нанороботите представляват обещаваща стратегия за прецизно доставяне на лекарства при лечение на рак.