Nesenā pētījumā pētnieki pirmo reizi ir izstrādājuši pilnībā autonomu nanorobotisko sistēmu, kas īpaši vērsta uz vēzi
Lielajā nanomedicīnas sasniegumā, jomā, kas apvieno nanotehnoloģiju ar medicīnu, pētnieki ir izstrādājuši jaunus terapeitiskās ārstēšanas veidus, izmantojot ļoti mazas, molekulas izmēra nanodaļiņas (mašīnas vai robotus, kas ir tuvu 10–9 m nanometru mikroskopiskajai skalai). mērķis vēzis, šajā ievērojamajā pētījumā, kas publicēts Dabas biotehnoloģija.
DNS origami nanobots: burvju transportētājs
DNS origami ir process, kurā DNS tiek salocīta nanomērogā un tiek izmantota, lai izveidotu aktīvas struktūras vismazākajās mērogos (origami kā papīra locīšanas mākslā). DNS ir lieliska informācijas krātuve, un tādējādi no tās veidotās struktūras var izmantot kā informācijas nesējus. Saskaņā ar šo iespēju šīs DNS nanodaļiņas (jeb "DNS nanoroboti" vai "nanoroboti" vai vienkārši "nanoboti") var pārvietot un pacelt kravu vismazākos mērogos, lai veiktu konkrētus uzdevumus cilvēka ķermenī, un tādējādi ir piemērotas daudziem. nanorobotika lietojumprogrammas. Šāda nanobota izmērs ir 1000 reižu mazāks nekā viena cilvēka matu šķipsna. Šī nanorobotikas joma pēdējās divās desmitgadēs ir bijusi aizraujoša, un daudzi eksperti ir koncentrējušies uz tādu nanomēroga struktūru izstrādi, kuru pamatā ir DNS, un kuras var salocīt visdažādākajās formās un izmēros, lai revolucionizētu medicīnu, īpaši terapijā un zāļu ievadīšanā.
Nanorobot tehnoloģija tagad tiek plaši izmantota, un tā jau ir radījusi revolūciju tādās jomās kā medicīniskā attēlveidošana, ierīces, sensori, enerģijas sistēmas un arī medicīna. Medicīnā nanobotiem ir ievērojamas priekšrocības galvenokārt tāpēc, ka tie neizraisa nekādas kaitīgas darbības, tiem nav iespējamas blakusparādības un ir ļoti specifiski, uz kuru ķermeņa vietu tie tiks vērsti un kurā darbosies. Sākotnējās nanorobotu izstrādes izmaksas var būt augstas, taču ražošana, izmantojot parasto pakešu apstrādes metodi, ievērojami samazina izmaksas. Turklāt nanorobotu nelielais izmērs padara tos ideāli piemērotus baktēriju un vīrusu mērķēšanai. Arī niecīgu nanorobotu var ļoti viegli ievadīt organismā, un tas viegli peld pa asinīm (asinsrites sistēmu) un palīdz atklāt problēmas un tās ārstēt. Nanoboti ir ieguvuši lielu nozīmi vēža izpētē, jo tie var būt nesāpīga ķīmijterapijas alternatīva, kas citādi ir ļoti saspringta un uzliek pacientam milzīgu personisku un finansiālu slogu. Ķīmijterapija ir ne tikai skarbs vēža ārstēšanas veids, bet ne tikai uzbrūk vēža šūnām, bet arī atstāj vairākas blakusparādības visā ķermenī. Tomēr zinātne nav spējusi atklāt nevienu jaunu alternatīvu ķīmijterapijai šīs dzīvībai bīstamās slimības, ko sauc par vēzi, ārstēšanai. Nanobotiem ir potenciāls mainīt šo scenāriju nākamajos gados, kļūstot par efektīvāku, gudrāku un mērķtiecīgāku alternatīvu, kas uzbrūk vēzim.
Mērķtiecība pret vēzi
Šajā nesenajā pētījumā sadarbība starp Arizonas štata universitāti (ASV) un Nacionālo centru Nano Zinātne un tehnoloģija Ķīnas Zinātņu akadēmijas Pekinā pētnieki ir veiksmīgi izstrādājuši, uzbūvējuši un rūpīgi kontrolējuši automatizētus nanobotus, lai aktīvi meklētu un precīzi iznīcinātu vēža audzējus organismā, vienlaikus nekaitējot nevienai no veselajām šūnām. Viņi pārvarēja vairākas problēmas, kas nanozinātniekus ir nomākušas vairāk nekā divas desmitgades, izstrādājot un izmantojot ļoti vienkāršu un vienkāršu stratēģiju audzēja meklēšanai un iznīcināšanai. Stratēģija bija īpaši pārtraukt asins piegādi audzēja šūnā, izraisot asins koagulāciju audzēja šūnā, izmantojot uz DNS balstītus nanobotus. Tātad viņi domāja par kaut ko šķietami vienkāršu – pievienojiet galveno asins recēšanas enzīmu (sauktu par trombīnu) plakanā, nanomēroga DNS origami nanobota virsmai. Vidēji četras trombīna molekulas tika pievienotas plakanajai virsmai DNS origami loksne ar izmēru 90nm x 60nm. Šī plakanā loksne tika salocīta kā papīra lapa, padarot nanobotus veidojot dobu cauruli. Šie nanoboti tika injicēti pelē (kas tika izraisīta ar agresīvu audzēja augšanu), tie ceļoja pa asinsriti, sasniedzot savu mērķi – audzējus un saistoties ar tiem. Pēc tam tiek piegādāta nanobota krava – enzīms trombīns, tādējādi bloķējot audzēja asins plūsmu, kas noved pie tā. asins recēšanu traukos, kas baro audzēja augšanu, izraisot audzēja audu iznīcināšanu vai šūnu nāvi. Interesanti, ka viss process notiek ļoti ātri, un nanoboti ieskauj audzēju dažu stundu laikā pēc injekcijas. Progresējošas trombozes pierādījumi visās audzēja šūnās tika novēroti pēc 36 stundām pēc injekcijas.
Turklāt autori parūpējās arī par īpašas slodzes iekļaušanu nanobota virsmā (ko sauc par DNS aptamēru), kas būtu īpaši vērsta uz proteīnu, ko sauc par nukleolīnu, kas lielos daudzumos tiek ražots tikai uz audzēja šūnu virsmas, tādējādi samazinot. izredzes, ka nanoboti kādreiz uzbruks veselajām šūnām, līdz nullei. Šie nanoboti ne tikai samazināja un nogalināja audzēja šūnas, bet arī novērsa metastāzes — sekundāru vēža augšanu tālā vietā.
Drošība un efektivitāte
Autori uzsver, ka nanoboti ir droši un imunoloģiski inerti lietošanai pelēm un pat cūkām, un nanobotu lietošana neliecināja par izmaiņām normālā asins koagulācijā citur vai šūnu struktūrā vai jebkādā smadzenēs. Tādējādi tie ir noteikti kā droši un efektīvi, lai mērķētu uz audzējiem un samazinātu tos bez jebkādām iespējamām nevēlamām blakusparādībām. Tika novērots, ka lielākā daļa nanobotu noārdās un izdalās no ķermeņa pēc 24 stundām. Lai gan nanobotus varētu izstrādāt “replicējošo nanobotu” modelī, kas ir saprotams, lai samazinātu izmaksas, jo tiek izgatavotas dažas kopijas un citi nanoboti tiek ģenerēti paši, ir skaidrs, ka šāda pieeja būtu jāpiemēro tikai īpašos apstākļos. . Ciktāl tas attiecas uz medicīnas jomu, ir jābūt ieviestai arī drošai nogalināšanas slēdzim, lai novērstu jebkādus ārkārtējus apstākļus. Juridiskajām iestādēm ir jāizstrādā noteikumi, lai izvairītos no jebkādas nanobotu ļaunprātīgas izmantošanas medicīnā, piemēram, ar ieročiem apgādātiem nanobotiem. Visus faktorus izvērtējot, nanobotu efektivitāte noved pie tā, ka tos nevar nepamanīt, un to potenciālo nanobotu apskate nākotnē būs būtiska medicīnas sastāvdaļa.
Līdzīgu pieeju varētu izmantot arī cilvēkiem, jo autori ir parādījuši, ka šī sistēma tika pārbaudīta arī ar primāro peles plaušu vēža modeli, kas atdarina cilvēka plaušu klīnisko gaitu. vēzis pacientiem un uzrādīja audzēja regresiju pēc divu nedēļu ārstēšanas. Šie pētījumi tika veikti arī ar pelēm, un divu nedēļu laikā dzīvniekiem tika novērota līdzīga pierādāma ietekme uz krūts vēzi, melanomu, olnīcu un plaušu vēzi. Tomēr pētījums ir jāveic ar cilvēkiem, lai apstiprinātu līdzīgu rezultātu ticamību, un ir jāveic stingri klīniskie pētījumi, lai to sasniegtu.
Ļoti gudrs un mērķtiecīgs veids, kā uzbrukt vēzim
Viens no galvenajiem vēža terapijas izaicinājumiem ir rūpīgi un pareizi atšķirt vēža audzēja šūnas no normālām, veselām ķermeņa šūnām. Tradicionālā pieeja audzēju šūnu izvairīšanai un iznīcināšanai – ķīmijterapija un staru terapija – nespēj selektīvi mērķēt uz audzēja šūnām, neveicot mijiedarbību ar normālām ķermeņa šūnām. Tādējādi ķīmijterapijai un arī staru terapijai ir tendence izraisīt nopietnas blakusparādības, gan nelielas, gan lielas, tostarp orgānu bojājumus, kuru rezultātā vēža ārstēšana ir ļoti traucēta un tādējādi pacientiem ir zems izdzīvošanas līmenis. Nanoboti, piemēram, šajā pētījumā aprakstītie, ir pirmie šāda veida zīdītājiem, kas ir ļoti spēcīgi un efektīvi audzēja šūnu identificēšanā un to augšanas un proliferācijas mazināšanā. Šo DNS robotu sistēmu var izmantot precīzai un mērķtiecīgai vēža terapijai daudziem vēža veidiem, jo visi asinsvadi, kas barojas ar cieto audzēju, būtībā ir vienādi.
Šis pētījums ir pavēris ceļu nākotnei, lai sāktu domāt un plānot praktiskus medicīniskus risinājumus, izmantojot tehnoloģiskos sasniegumus. Vēža izpētes galvenais mērķis ir veiksmīga cieto audzēju izskaušana bez nopietnām blakusparādībām un samazinātām metastāzēm. Aplūkojot šo pētījumu, mēs redzam milzīgu cerību nākotnē, kur šī pašreizējā stratēģija varētu būt ideāla, lai sasniegtu galveno mērķi cīnīties ar vēzi. Un ne tikai vēzis, šo stratēģiju varētu izstrādāt arī kā zāļu piegādes platformu daudzu citu slimību ārstēšanai, jo pieeja būtu vienkārši nanobotu struktūras pārveidošana un iekrauto kravu maiņa. Turklāt nanoboti var mums palīdzēt labāk izprast cilvēka ķermeņa un smadzeņu sarežģītību. Tas palīdzēs arī veikt nesāpīgas un neinvazīvas operācijas, pat vissarežģītākās. Hipotētiski šobrīd nanoboti sava izmēra dēļ varētu sērfot pa smadzeņu šūnām un ģenerēt visu ar to saistīto informāciju, kas nepieciešama turpmākiem pētījumiem. Nākotnē, pieņemsim, ka pēc diviem gadu desmitiem, viena nanobota injekcija varētu pilnībā izārstēt slimības.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
Li S et al 2018. DNS nanorobots darbojas kā vēža ārstniecības līdzeklis, reaģējot uz molekulāro trigeri in vivo. Dabas biotehnoloģija. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
