Neseniai atliktame tyrime mokslininkai pirmą kartą sukūrė visiškai autonominę nanorobotinę sistemą, skirtą konkrečiai vėžiui gydyti
Didelės pažangos metu nanomedicinoje, srityje, kurioje nanotechnologijos derinamos su medicina, mokslininkai sukūrė naujus terapinio gydymo būdus, naudojant labai mažas, molekulės dydžio nanodaleles (mašiną arba robotus, kurie yra artimi mikroskopiniam 10–9 m nanometro mastui). taikinys Vėžys, šiame nuostabiame tyrime, paskelbtame m Gamtos biotechnologija.
DNR origami nanobotas: magiškas transporteris
DNR origami yra procesas, kurio metu DNR sulankstoma nanoskalės lygmeniu ir naudojama aktyvioms struktūroms kurti mažiausiose masteliuose (origami kaip popieriaus lankstymo menas). DNR yra puiki informacijos saugykla, todėl iš jos sukurtos struktūros gali būti naudojamos kaip informacijos nešėjai. Atsižvelgdamos į šią galimybę, šios DNR nanodalelės (arba „DNR nanorobotai“ arba „nanorobotai“ arba tiesiog „nanobotai“) gali judėti ir kelti krovinius mažiausiomis svarstyklėmis konkrečioms žmogaus kūno užduotims atlikti, todėl yra tinkamos daugeliui. nanorobotinis programos. Tokio nanoboto dydis yra 1000 kartų mažesnis už vieną žmogaus plaukų sruogą. Pastaruosius du dešimtmečius ši nanorobotikos sritis buvo kupina įspūdžių, o daugelis ekspertų daugiausia dėmesio skyrė tokių nanomastelių struktūrų, pagrįstų DNR, kūrimui, kurios gali susilankstyti į įvairiausias formas ir dydžius, kad pakeistų mediciną, ypač terapiją ir vaistų tiekimą.
Nanorobot technologija dabar yra plačiai naudojama ir jau padarė revoliuciją tokiose srityse kaip medicininis vaizdavimas, prietaisai, jutikliai, energijos sistemos ir medicina. Medicinoje nanobotai turi reikšmingų pranašumų daugiausia dėl to, kad jie nesukelia jokios kenksmingos veiklos, neturi galimo šalutinio poveikio ir yra labai konkretūs, į kurią kūno vietą jie bus nukreipti ir kurioje veiks. Pradinės nanorobotų kūrimo sąnaudos gali būti didelės, tačiau gamyba, kai atliekama taikant įprastą paketinio apdorojimo metodą, labai sumažina išlaidas. Be to, dėl nedidelio nanorobotų dydžio jie idealiai tinka bakterijoms ir virusams. Be to, mažytis nanorobotas gali būti labai lengvai įšvirkščiamas į kūną, jis lengvai plūduriuoja per kraują (kraujotakos sistemą) ir padeda aptikti problemas bei jas gydyti. Nanobotai įgijo didelę reikšmę vėžio tyrimuose, nes jie gali būti neskausminga chemoterapijos alternatyva, kuri šiaip sukelia didelį stresą ir pacientui užkrauna didžiulę asmeninę ir finansinę naštą. Chemoterapija yra ne tik atšiaurus būdas gydyti vėžį, bet be vėžio ląstelių atakos, procedūra palieka keletą šalutinių poveikių visame kūne. Tačiau mokslui nepavyko atrasti jokios naujos alternatyvos chemoterapijai gydant šią gyvybei pavojingą ligą, vadinamą vėžiu. Nanobotai gali pakeisti šį scenarijų ateinančiais metais, nes jie bus veiksmingesnė, protingesnė ir tikslingesnė alternatyva, kovojanti su vėžiu.
Nukreipimas į vėžį
Šiame neseniai atliktame tyrime bendradarbiavo Arizonos valstijos universitetas (JAV) ir Nacionalinis centras Nano Kinijos mokslų akademijos Pekine mokslininkai sėkmingai sukūrė, pastatė ir kruopščiai kontroliuoja automatizuotus nanobotus, kurie aktyviai ieško ir tiksliai sunaikino vėžinius navikus organizme, nepakenkiant nė vienai iš sveikų ląstelių. Jie įveikė keletą iššūkių, kurie nanomokslininkus kankino daugiau nei du dešimtmečius, sukūrę ir naudodami labai paprastą ir nesudėtingą strategiją navikui surasti ir sunaikinti. Strategija buvo specialiai nutraukti kraujo tiekimą naviko ląstelėje, skatinant kraujo krešėjimą į naviko ląstelę naudojant DNR pagrindu veikiančius nanobotus. Taigi, jie sugalvojo kažką iš pažiūros paprasto – pritvirtinkite pagrindinį kraujo krešėjimo fermentą (vadinamąjį trombiną) prie plokščio, nanoskalės DNR origami nanoboto paviršiaus. Vidutiniškai keturios trombino molekulės buvo prijungtos prie plokščio paviršiaus DNR 90nm x 60nm dydžio origami lapas. Šis plokščias lapas buvo sulankstytas kaip popieriaus lapas, todėl nanobotai susiformavo į tuščiavidurio vamzdelio formą. Šie nanobotai buvo sušvirkšti į pelę (kuriai buvo sukeltas agresyvus naviko augimas), jie keliavo per visą kraujotaką, pasiekdami ir prisijungdami prie savo tikslo – navikų. Vėliau nanoboto krovinys – fermentas trombinas – patenka ir blokuoja naviko kraujotaką, todėl kraujo krešėjimas kraujagyslėse, kurios skatina naviko augimą, sukeliant naviko audinio sunaikinimą arba ląstelių mirtį. Įdomu tai, kad visas šis procesas vyksta labai greitai, o nanobotai apgaubia naviką per kelias valandas po injekcijos. Po 36 valandų po injekcijos buvo pastebėta progresuojančios trombozės visose naviko ląstelėse.
Be to, autoriai taip pat pasirūpino, kad nanoboto paviršiuje būtų įdėtas specialus naudingasis krovinys (vadinamas DNR aptameru), kuris būtų konkrečiai nukreiptas į baltymą, vadinamą nukleolinu, kurio dideli kiekiai gaminami tik naviko ląstelių paviršiuje, taip sumažinant. tikimybė, kad nanobotai kada nors užpuls sveikas ląsteles iki nulio. Šie nanobotai ne tik sumažino ir sunaikino naviko ląsteles, bet ir užkirto kelią metastazėms – antriniam vėžio augimui tolimoje vietoje.
Saugumas ir efektyvumas
Autoriai pabrėžia, kad nanobotai yra saugūs ir imunologiškai inertiški naudoti pelėms ir net kiaulėms, o naudojant nanobotus nepastebėta normalios kraujo krešėjimo pokyčių kitur, ląstelių struktūros ar bet kokio smegenų briechino. Taigi jie buvo paskirti kaip saugūs ir veiksmingi siekiant nukreipti ir mažinti navikus be jokio galimo nepageidaujamo šalutinio poveikio. Taip pat buvo pastebėta, kad dauguma nanobotų po 24 valandų suyra ir išsivalo iš kūno. Nors nanobotai gali būti sukurti pagal „atkartojančių nanobotų“ modelį, o tai suprantama siekiant sumažinti išlaidas, nes padaromos kelios kopijos, o kiti nanobotai sukuriami savarankiškai, aišku, kad toks metodas turėtų būti taikomas tik ypatingomis aplinkybėmis. . Kalbant apie mediciną, taip pat turi būti įdiegtas patikimas nužudymo jungiklis, kad būtų išvengta bet kokių ekstremalių aplinkybių. Teisinės institucijos turi parengti taisykles, kad būtų išvengta bet kokio piktnaudžiavimo nanobotais medicinoje, pavyzdžiui, ginkluotų nanobotų. Įvertinus visus veiksnius, nanobotų veiksmingumas priveda prie taško, kad jų negalima nepastebėti, o jų potencialių nanobotų tyrimas bus esminė medicinos sudedamoji dalis ateityje.
Panašus metodas galėtų būti taikomas ir žmonėms, nes autoriai parodė, kad ši sistema taip pat buvo išbandyta naudojant pirminį pelių plaučių vėžio modelį, kuris imituoja žmogaus klinikinę plaučių eigą. Vėžys pacientų ir po dviejų savaičių gydymo parodė naviko regresiją. Be to, šie tyrimai buvo atlikti su pelėmis ir per dvi savaites gyvūnams buvo pastebėtas panašus įrodomas poveikis krūties vėžiui, melanomai, kiaušidžių ir plaučių vėžiui. Tačiau tyrimas turi būti atliktas su žmonėmis, kad būtų patvirtintas panašių rezultatų patikimumas, o norint pasiekti tą patį, reikia atlikti patikimus klinikinius tyrimus.
Labai protingas ir tikslingas būdas kovoti su vėžiu
Vienas iš pagrindinių vėžio gydymo iššūkių yra kruopščiai ir teisingai atskirti vėžio naviko ląsteles nuo normalių, sveikų kūno ląstelių. Įprastas požiūris į naviko ląstelių pašalinimą ir naikinimą – chemoterapija ir spindulinė terapija – nepadeda pasirinktinai nukreipti naviko ląstelių, nesąveikaujant su normaliomis kūno ląstelėmis. Taigi, chemoterapija ir spindulinė terapija paprastai sukelia rimtų šalutinių poveikių, tiek nedidelių, tiek didelių, įskaitant organų pažeidimus, dėl kurių labai pablogėja vėžio gydymas ir dėl to sumažėja pacientų išgyvenamumas. Nanobotai, tokie kaip aprašyti šiame tyrime, yra pirmieji žinduolių tipai, kurie yra labai stiprūs ir veiksmingi nustatant naviko ląsteles ir stabdant jų augimą bei dauginimąsi. Ši DNR robotų sistema gali būti naudojama tiksliam ir tikslingam daugelio vėžio tipų vėžio gydymui, nes visos kietąjį naviką maitinančios kraujagyslės iš esmės yra vienodos.
Šis tyrimas atvėrė kelią ateičiai pradėti mąstyti ir planuoti praktinius medicinos sprendimus naudojant technologinę pažangą. Galutinis vėžio tyrimų tikslas yra sėkmingai išnaikinti solidinius navikus be rimtų šalutinių poveikių ir sumažinant metastazes. Žvelgdami į šį tyrimą matome didžiulę viltį ateičiai, kur ši dabartinė strategija galėtų būti ideali siekiant galutinio tikslo – kovoti su vėžiu. Ir ne tik vėžys, ši strategija taip pat galėtų būti sukurta kaip vaistų pristatymo platforma daugelio kitų ligų gydymui, nes tai būtų tiesiog nanobotų struktūros modifikavimas ir pakrautų krovinių keitimas. Be to, nanobotai gali padėti mums geriau suprasti žmogaus kūno ir smegenų sudėtingumą. Tai taip pat padės atlikti neskausmingas ir neinvazines operacijas, net pačias sudėtingiausias. Hipotetiškai šiuo metu nanobotai dėl savo dydžio taip pat galėtų naršyti smegenų ląsteles ir generuoti visą susijusią informaciją, reikalingą tolesniems tyrimams. Ateityje, tarkime, po dviejų dešimtmečių viena nanoboto injekcija gali visiškai išgydyti ligas.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
Li S ir kt., 2018. DNR nanorobotas veikia kaip vėžio gydymo priemonė, reaguodama į molekulinį trigerį in vivo. Gamtos biotechnologija. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
