Нанороботы для борьбы с раком запрограммированы на поиск и уничтожение опухолей

Новости сегодня - Нанороботы для борьбы с раком запрограммированы на поиск и уничтожение опухолей

Важным достижением в области наномедицины стало то, что ученые из Университета штата Аризона (ASU) в сотрудничестве с учеными из Национального центра нанонауки и технологий (NCNST) Китайской академии наук успешно запрограммировали нанороботов на уменьшение опухолей путем отсечения кровотока.

«Мы разработали первую полностью автономную ДНК-роботизированную систему для очень точного дизайна лекарств и целенаправленной терапии рака», — сказал Хао Янь, директор Центра молекулярного дизайна и биомиметики Института биодизайна АГУ и профессор Милтона Глика из Школы молекулярных исследований, сообщает Интернет газета android-robot.com.

«Более того, эта технология представляет собой стратегию, которую можно использовать при многих типах рака, поскольку все кровеносные сосуды, питающие солидную опухоль, по существу одинаковы», — сказал Ян.

Успешная демонстрация технологии, первое в своем роде исследование на млекопитающих с использованием мышиных моделей рака груди, меланомы, яичников и рака легких, было опубликовано в журнале Nature Biotechnology.

Найти и уничтожить.

Ян — эксперт в области ДНК-оригами, которая за последние два десятилетия разработала производство в атомном масштабе для создания все более и более сложных структур.

Кирпичи для построения их структур происходят из ДНК, которая может сгибаться во все формы и размеры — все в масштабе в тысячу раз меньше ширины человеческого волоса — в надежде однажды произвести революцию в вычислениях, электроника и медицина.

Этот день может наступить немного быстрее, чем ожидалось.

Наномедицина — это новая отрасль медицины, которая стремится объединить перспективы нанотехнологий, чтобы открыть совершенно новые возможности для лечения, такие как создание крошечных наночастиц размером с молекулу для диагностики и лечения сложных заболеваний, особенно рака.

До сих пор задача развития наномедицины была сложной, потому что ученые хотели разрабатывать, создавать и тщательно контролировать нанороботов, чтобы активно искать и уничтожать раковые опухоли, не нанося вреда здоровым клеткам.

Международная группа ученых преодолела эту проблему, используя, казалось бы, простую стратегию очень выборочного поиска и уничтожения опухоли голодом. Эта работа была начата около 5 лет назад. Ученые NCNST сначала хотели специально перекрыть кровоснабжение опухоли, индуцируя свертывание крови с высокими профилями терапевтической эффективности и безопасности в множественных солидных опухолях с использованием наноносителей на основе ДНК. Опыт профессора Хао Яня позволил модернизировать конструкцию наномедицины до полностью программируемой роботизированной системы, способной выполнять свою миссию полностью самостоятельно.

«Эти нанороботы могут быть запрограммированы на транспортировку молекулярных полезных нагрузок и блокировку кровоснабжения опухоли на месте, что может привести к гибели тканей и уменьшению размеров опухоли», — сказал Баокань Дин, профессор NCNST, расположенного в Пекине, Китай.

Нанороботы спешат на помощь

Для проведения своего исследования ученые воспользовались хорошо известной моделью опухоли у мышей, в которой раковые клетки человека вводятся мыши, чтобы вызвать агрессивный рост опухоли.

Как только опухоль начала расти, нанороботов отправили на помощь. Каждый наноробот сделан из плоского прямоугольного листа ДНК оригами размером 90 на 60 нанометров. К поверхности прикрепляется ключевой фермент свертывания крови, называемый тромбином. Тромбин может блокировать кровоток опухоли, свертывая кровь в сосудах, питающих рост опухоли, вызывая своего рода мини-инфаркт опухоли и приводя к гибели ткани опухоли.

Сначала к плоскому каркасу ДНК прикрепляли в среднем четыре молекулы тромбина. Затем плоский лист сложили сам по себе, как лист бумаги, в круг, чтобы получилась полая трубка.
Им ввели внутривенную инъекцию мыши, а затем они путешествовали по кровотоку, обнаруживая опухоли.

Ключом к программированию наноробота, который атакует только раковые клетки, было включение на его поверхность специальной полезной нагрузки, называемой аптамером ДНК. ДНК-аптамер может специально нацеливаться на белок, называемый нуклеолином, который в больших количествах образуется только на поверхности эндотелиальных клеток опухоли и не обнаруживается на поверхности здоровых клеток.
После связывания с поверхностью кровеносного сосуда опухоли наноробот был запрограммирован, как пресловутый троянский конь, чтобы доставить ничего не подозревающий лекарственный груз в самое сердце опухоли, обнажая фермент, называемый тромбином, который является ключом к свертыванию крови.

Нанороботы работали быстро, собираясь в большом количестве, чтобы быстро окружить опухоль всего через несколько часов после инъекции.

Безопасный и надежный дизайн

В первую очередь, команда показала, что нанороботы безопасны и эффективны в уменьшении опухолей.
«Наноробот оказался безопасным и иммунологически инертным для использования на нормальных мышах, а также на миниатюрных свиньях породы Бама, не обнаружив заметных изменений нормальной свертываемости крови или морфологии клеток», — сказал Юлианг Чжао, также профессор NCNST и ведущий научный сотрудник международная совместная команда.

Что наиболее важно, не было никаких доказательств того, что нанороботы распространяются в мозг, где они могут вызывать нежелательные побочные эффекты, такие как инсульт.

«Нанороботы определенно безопасны в нормальных тканях мышей и крупных животных», — сказал Гуанцзюнь Не, другой профессор NCNST и ключевой член совместной группы.

Лечение блокировало кровоснабжение опухоли и приводило к повреждению опухолевой ткани в течение 24 часов, не оказывая никакого воздействия на здоровые ткани. После атаки на опухоли большинство нанороботов были выведены из организма через 24 часа.

Через два дня появились признаки прогрессирующего тромбоза, а через 3 дня наблюдались тромбы во всех сосудах опухоли.

Ключ в том, чтобы вызвать тромбин только тогда, когда он находится внутри кровеносных сосудов опухоли. Кроме того, в модели мышей с меланомой 3 из 8 мышей, получавших терапию нанороботами, показали полную регрессию опухолей. Среднее время выживания увеличилось более чем вдвое, с 20,5 до 45 дней. Они также опробовали свою систему в тесте на модели первичного рака легких у мышей, которая имитирует клиническое течение у людей с раком легких. Они показали сокращение опухолевых тканей после 2-недельного лечения.

Наука развивается

Для Яна важная веха в исследовании знаменует собой конец начала наномедицины.
«ДНК-наноробот для доставки тромбина представляет собой большой шаг вперед в применении ДНК-нанотехнологии для лечения рака», — сказал Ян. «В модели мышей с меланомой наноробот не только воздействовал на первичную опухоль, но и предотвращал образование метастазов, демонстрируя многообещающий терапевтический потенциал». Ян и его сотрудники сейчас активно ищут клинических партнеров для дальнейшего развития этой технологии.

«Я думаю, что мы намного ближе к реальному практическому применению этой технологии в медицине», — сказал Ян. «Комбинации различных рационально сконструированных нанороботов, несущих различные агенты, могут помочь в достижении конечной цели исследования рака: искоренении солидных опухолей и васкуляризированных метастазов. Кроме того, текущая стратегия может быть разработана в качестве платформы доставки лекарств для лечения других заболеваний путем изменение геометрии наноструктур».

Новости партнеров: