DNA Origami Nanobots zabijí nádory v průlomové studii

Téměř 1,7 milionu nových případů rakoviny jsou každoročně detekovány ve Spojených státech a každý rok rakovina tvrdí, že v USA žije téměř 600 000 lidí, což z ní činí druhou hlavní příčinu smrti na národní úrovni. Léčba je někdy horší než nemoc, protože invazivní operace mohou být traumatické a chemoterapie může způsobit účinky mimo cíl, které způsobují spoušť na celém těle. Ale nová technika popsaná v Nature Biotechnology, který používá nanoroboty - doslova mikroskopické roboty - ke specifickému cílování nádorů a odříznutí jejich zásobování krví má potenciál změnit léčbu navždy.

V článku publikovaném v únoru mezinárodní tým vědců prokázal účinnost použití DNA nanorobotů k napadení nádorů u myší a prasat s rakovinou. Tyto roboty o velikosti nanometrů jsou vyrobeny z DNA, která se rozvíjí přesně ve správný čas a na místě, kde je možné dodávat lék pouze přesný cíl v těle. DNA, složená jako origami balíček, držel molekuly trombinu, enzymu, který vytváří krevní sraženiny.

Abychom otestovali, zda tento nový systém podávání léků funguje, tým vědců z Arizonské státní univerzity a Národního centra pro nanovědu a technologie Čínské akademie věd vstříkl nanoroboty do krevních proudů myší s nádory. Zjistili, že léčba cíleně zacílila na tumory, zastavila jejich růst a dokonce iniciovala smrt tumoru.

Zastavení růstu nádoru však nestačí k prokázání, že léčivo funguje, protože se musí prokázat, že je bezpečné. Vědci také vstříkli nanoroboty do krevních proudů bama miniaturních prasat, u nichž bylo prokázáno, že jsou dobrými modely pro testování předběžné bezpečnosti léčiv pro člověka. Jedním z hlavních problémů nanorobotů je to, že se mohou dostat do mozku a způsobit mrtvice, ale to se nestane u zvířat testovaného subjektu.

Přesnost nanorobotů, což je to, co činí jejich potenciál pro bezpečnou léčbu rakoviny tak velkou, je způsobeno jejich pečlivě vytvořenou strukturou. „Balíček“ obsahující léčivo je tvořen listy DNA o rozměrech 60 x 90 nanometrů, které zabalují molekuly thrombinu. Na vnější straně přeložených listů jsou molekuly, které nula na nukleolinu, protein, který je přítomen ve výstelce krevních cév spojených s rostoucími nádory.

Tyto molekuly, zvané aptamery, se zaměřují na správné místo pro podávání léků a ve skutečnosti otevřete DNA list nahoru, abyste vystavili trombin, když nanorobot najde správné místo. Teoreticky, když je thrombin uvolněn, sráží krev vstupující do tumoru, čímž hladoví od kyslíku, který potřebuje k růstu. Tento způsob, který v podstatě uškrtí nádor, připomíná třídu rakovinových léků známých jako inhibitory angiogeneze, které pomáhají inhibovat růst krevních cév, které krmí nádory.

Tyto nanoroboty mají velký slib, ale zatím nejsou pro lidi připraveni. Aby se tam vědci dostali, hledají klinické partnery pro další rozvoj této léčebné cesty. Skutečnost, že se zdá, že to funguje u myší a prasat, je pravděpodobné, že nanoroboty, jako jsou tyto, budou v našich životech dostupné jako léčba rakoviny.

Abstraktní: Roboty Nanoscale mají potenciál jako inteligentní systémy dodávání léků, které reagují na molekulární spouštěče. Pomocí DNA origami jsme zkonstruovali autonomní robot DNA naprogramovaný tak, aby transportoval užitečné zatížení a prezentoval je specificky v nádorech. Náš nanorobot je na vnější straně funkcionalizován DNA aptamerem, který váže nukleolin, protein specificky exprimovaný na endoteliálních buňkách asociovaných s nádorem, a trombin krevní koagulační proteázy v jeho vnitřní dutině. Aptamer zaměřující nukleolin slouží jak jako doména cílení, tak jako molekulární spouštěč pro mechanické otevření DNA nanorobotu. Trombin uvnitř je tak exponován a aktivuje koagulaci v místě nádoru. S použitím myších modelů nesoucích nádory demonstrujeme, že intravenózně injikované DNA nanoroboty dodávají trombin specificky do krevních cév asociovaných s nádorem a indukují intravaskulární trombózu, což vede k nádorové nekróze a inhibici růstu nádoru. Nanorobot se ukázal jako bezpečný a imunologicky inertní u myší a bama miniaturních prasat. Naše data ukazují, že DNA nanoroboty představují slibnou strategii pro přesné podávání léčiv v terapii rakoviny.