Într-un studiu recent, cercetătorii au dezvoltat pentru prima dată un sistem nanorobotic complet autonom pentru a viza în mod specific cancerul
Într-un progres major în nanomedicină, domeniul care combină nanotehnologia cu medicina, cercetătorii au dezvoltat noi căi de tratament terapeutic folosind nanoparticule foarte mici, de dimensiunea unei molecule (mașini sau roboți care sunt aproape de scara microscopică a unui nanometru de 10-9m) pentru ţintă cancer, în acest studiu remarcabil publicat în Biotehnologia naturii.
Nanobot origami ADN: transportorul magic
ADN-ul origami este un proces în care un ADN este pliat la nivel nanoscal și este folosit pentru a construi structuri active la cele mai mici scale (origami ca în arta plierii hârtiei). ADN-ul este o mare stocare de informații și astfel structurile care sunt construite din el pot fi folosite ca purtători de informații. În conformitate cu această capacitate, aceste nanoparticule de ADN (sau „nanoroboți ADN” sau „nanoroboți” sau pur și simplu „nanoboți”) pot deplasa și ridica încărcătură la cele mai mici scari pentru sarcini specifice din corpul uman și, prin urmare, sunt potrivite pentru multe nanorobotic aplicatii. Dimensiunea unui astfel de nanobot este de 1000 de ori mai mică decât o singură șuviță de păr uman. Acest domeniu al nanoroboticii a fost plin de entuziasm în ultimele două decenii și mulți experți s-au concentrat pe dezvoltarea unor astfel de structuri la scară nanometrică bazate pe ADN care se pot plia în tot felul de forme și dimensiuni pentru a revoluționa medicina, în special terapia și livrarea medicamentelor.
Tehnologia Nanorobot este acum utilizată pe scară largă și a revoluționat deja domenii precum imagistica medicală, dispozitivele, senzorii, sistemele energetice și, de asemenea, medicina. În medicină, nanoboții au avantaje semnificative în principal pentru că nu generează activități dăunătoare, nu au efecte secundare posibile și sunt foarte specifici în ce loc din organism vor viza și pe care vor opera. Costul inițial de dezvoltare a nanoroboților poate fi ridicat, dar producția, atunci când se face prin metoda convențională de procesare în loturi, reduce costul într-o mare măsură. În plus, dimensiunea minusculă a nanoroboților îi face ideali pentru țintirea bacteriilor și virușilor. De asemenea, un nanorobot mic poate fi injectat foarte ușor în organism și plutește cu ușurință prin sânge (sistemul circulator) și ajută la detectarea problemelor și la tratarea acestora. Nanoboții au câștigat multă importanță în cercetarea cancerului, deoarece pot fi o alternativă nedureroasă a chimioterapiei, care altfel este foarte stresantă și pune o povară personală și financiară uriașă asupra pacientului. Chimioterapia nu este doar un mod dur de tratare a cancerului, dar, pe lângă atacarea celulelor canceroase, procedura lasă mai multe efecte secundare în organism. Cu toate acestea, știința nu a reușit să descopere nicio alternativă nouă la chimioterapie pentru tratarea acestei boli care pune viața în pericol numită cancer. Nanoboții au potențialul de a schimba acest scenariu în următorii ani, fiind o alternativă mai eficientă, mai inteligentă și mai țintită împotriva cancerului.
Vizând cancerul
În acest studiu recent, o colaborare între Universitatea de Stat din Arizona, SUA și Centrul Național pentru Nano știință și tehnologie a Academiei Chineze de Științe, Beijing, cercetătorii au proiectat, construit și controlat cu succes nanoboți automatizați pentru a căuta activ și a distruge cu precizie tumorile canceroase din interiorul corpului, fără a dăuna niciuna dintre celulele sănătoase. Ei au depășit mai multe provocări care i-au afectat pe oamenii de știință nano de peste două decenii, prin proiectarea și utilizarea unei strategii foarte simple și directe pentru a căuta și distruge tumora. Strategia a fost de a întrerupe în mod specific aprovizionarea cu sânge într-o celulă tumorală prin inducerea coagulării sângelui în celula tumorală folosind nanoboți bazați pe ADN. Așadar, s-au gândit la ceva aparent simplu - atașați o enzimă cheie de coagulare a sângelui (numită trombina) la suprafața nanobotului origami ADN plat, la scară nanometrică. În medie, patru molecule de trombină au fost atașate de suprafața plană a ADN-ul foaie origami de dimensiunea 90nm pe 60nm. Această foaie plată a fost pliată ca o foaie de hârtie, făcând ca nanoboții să se modeleze în forma unui tub gol. Acești nanoboți au fost injectați într-un șoarece (care a fost indus cu creșterea agresivă a tumorii), au călătorit prin fluxul sanguin ajungând și legându-se de ținta sa - tumorile. Ulterior, încărcătura nanoboților - enzima trombina - este livrată blocând astfel fluxul sanguin tumoral, ducând la coagularea sângelui în vasele care alimentează creșterea tumorii, generând distrugerea țesutului tumoral sau moartea celulelor. În mod interesant, întreg acest proces se întâmplă foarte rapid, iar nanoboții înconjoară tumora în câteva ore de la injectare. Dovezi de tromboză avansată, în toate celulele tumorale au fost observate după 36 de ore de injectare.
Mai mult, autorii s-au ocupat și de includerea unei sarcini utile speciale pe suprafața nanobotului (numită aptamer ADN) care să ținteze în mod specific o proteină, numită nucleolină, care este produsă în cantități mari doar pe suprafața celulelor tumorale, reducând astfel șansele ca nanoboții să atace vreodată celulele sănătoase la zero. Acești nanoboți nu numai că au redus și ucis celulele tumorale, dar au și prevenit metastazele - creșterea secundară a cancerului la un loc îndepărtat.
Siguranță și eficacitate
Autorii subliniază că nanoboții sunt siguri și inerți din punct de vedere imunologic pentru a fi utilizați la șoareci și chiar la porci, iar utilizarea nanoboților nu a arătat nicio modificare în coagularea normală a sângelui în altă parte sau în structura celulei sau în orice breechin în creier. Astfel, ele au fost desemnate ca fiind sigure și eficiente pentru a viza și micșora tumorile fără efecte secundare nedorite posibile. Majoritatea nanoboților s-au observat, de asemenea, că se degradează și se curăță din corp după 24 de ore. Deși nanoboții ar putea fi proiectați într-un model de „nanoboți replicatori”, ceea ce este de înțeles pentru a menține costurile scăzute, deoarece se fac câteva copii și alți nanoboți sunt autogenerați, este clar că o astfel de abordare ar trebui aplicată numai în circumstanțe speciale. . În ceea ce privește domeniul medicinei, trebuie să existe și un comutator de ucidere care să țină la distanță orice circumstanțe extreme. Autoritățile juridice trebuie să elaboreze reglementări pentru a evita orice utilizare abuzivă a nanoboților în medicină, de exemplu nanoboții înarmați. Când sunt cântăriți toți factorii, eficacitatea nanoboților ne aduce într-un punct în care nu pot fi trecuti cu vederea și analizarea potențialilor lor nanoboți va fi o componentă esențială a medicinei în viitor.
O abordare similară ar putea fi folosită la oameni, deoarece autorii au arătat că acest sistem a fost testat și pe un model primar de cancer pulmonar la șoarece - care imită cursul clinic uman al plămânului. cancer pacienți și au prezentat regresia tumorii după un tratament de două săptămâni. De asemenea, aceste studii au fost efectuate pe șoareci și, în decurs de două săptămâni, s-a observat la animale un efect demonstrabil similar asupra cancerelor de sân, melanomului, ovarian și pulmonar. Totuși, studiul trebuie făcut pe oameni pentru a confirma plauzibilitatea unor rezultate similare și trebuie efectuate studii clinice robuste pentru a obține același lucru.
O modalitate foarte inteligentă și țintită de a ataca cancerul
Una dintre provocările majore ale terapiei cancerului este de a diferenția cu atenție și corect între celulele tumorale canceroase și celulele normale, sănătoase ale corpului. Abordarea convențională a sustragerii și uciderii celulelor tumorale – chimioterapie și radioterapie – nu reușește să vizeze celulele tumorale în mod selectiv, fără a interacționa cu celulele normale ale corpului. Astfel, chimioterapia și, de asemenea, radioterapia tind să provoace reacții adverse grave, atât minore, cât și majore, inclusiv leziuni de organe care au ca rezultat un tratament foarte afectat al cancerului și, prin urmare, rate scăzute de supraviețuire în rândul pacienților. Nanoboții precum cei descriși în acest studiu sunt primii de acest fel la mamifere, care sunt foarte puternici și eficienți în identificarea celulelor tumorale și diminuarea creșterii și proliferării acestora. Acest sistem robotizat cu ADN poate fi utilizat pentru terapia precisă și țintită a cancerului pentru multe tipuri de cancer, deoarece toate vasele de sânge care hrănesc tumorile solide sunt în esență aceleași.
Această cercetare a deschis calea pentru viitor pentru a începe să gândească și să planifice soluții medicale practice folosind progresele tehnologice. Scopul final al cercetării cancerului este eradicarea cu succes a tumorilor solide, fără efecte secundare grave și metastaze reduse. Privind acest studiu, vedem o speranță imensă pentru viitor, unde această strategie actuală ar putea fi ideală pentru atingerea scopului final de a combate cancerul. Și nu numai cancerul, această strategie ar putea fi dezvoltată și ca o platformă de livrare a medicamentelor pentru tratamentul multor alte boli, deoarece abordarea ar fi pur și simplu modificarea structurii nanoboților și modificarea încărcăturilor încărcate. De asemenea, nanoboții ne pot ajuta să înțelegem în continuare complexitatea corpului uman și a creierului. Acest lucru va ajuta, de asemenea, la efectuarea de intervenții chirurgicale nedureroase și neinvazive, chiar și cele mai complicate. În mod ipotetic, în acest moment, datorită dimensiunii lor, nanoboții ar putea, de asemenea, să navigheze prin celulele creierului și să genereze toate informațiile aferente necesare cercetărilor ulterioare. În viitor, să presupunem că peste două decenii, o singură injecție cu un nanobot ar putea fi capabilă să vindece complet bolile.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Li S et al 2018. Un nanorobot ADN funcționează ca un medicament terapeutic pentru cancer ca răspuns la un declanșator molecular in vivo. Biotehnologia naturii. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
