Знайти та вбити: наноботи знищують ракові пухлини

Ракові клітини здатні швидко розмножуватись, що суттєво ускладнює боротьбу із онкологією. Тим не менш, це можливо і останнє відкриття в сфері нанотехнологій є цьому підтвердженням.

Завдяки значному просуванню в галузі наномедицини, вчені Державного університету Арізони у співпраці з дослідниками Національного центру нанонаук і технологій Китайської академії наук успішно запрограмували нанороботів для зменшення пухлин шляхом "відсікання" їх від кровопостачання. В основі роботи лежить метод ДНК-орігамі - створення різних мікроскопічних структур з молекул нуклеїнової кислоти. Це перша повністю автономна робототехнічна система ДНК для дуже точної конструкції ліків та цільової терапії раку.

3D-ілюстрація наноробота, який атакує ракові клітини.

Кожен наноробот виготовляється з плоского прямокутного листа оригамі ДНК розміром 90 нанометрів на 60 нанометрів. На поверхню прикріплений ключовий фермент згортання крові - тромбіном.

Тромбін може блокувати кровообіг пухлини, згортаючи кров у судинах, що живлять пухлинні розростання, викликаючи свого роду міні-інфаркт пухлини та призводячи до загибелі пухлинної тканини.

Спочатку в середньому чотири молекули тромбіну були прикріплені до плоского каркасу ДНК. Далі плоский аркуш був складений в коло, щоб зробити порожнисту трубку.

Ключовим для програмування наноробота, який атакує лише ракову клітину, було включення спеціального корисного навантаження на її поверхню, що називається ДНК аптамер. Аптамер ДНК може конкретно орієнтуватися на білок, званий нуклеолін, який виробляється у великих кількостях лише на поверхні ендотеліальних клітин пухлини, і не виявляється на поверхні здорових клітин.

Схема дії ДНК-нанороботів

Випробування нового методу провели на лабораторних мишах. Зараженим раком гризунам ввели нанороботів, які досягали пухлини протягом декількох годин після ін'єкції.

Нанороботів вводили мишам ін'єкційно, потім вони подорожували по крові, потрапляючи в пухлини.

Використовуючи дослідних мишей, що мають злоякісні пухлини, було показано, як внутрішньовенно введені ДНК-нанороботи доставляють тромбін спеціально до пов’язаних з пухлинами кровоносних судин і викликають внутрішньосудинний тромбоз, що приводить до некрозу пухлини та гальмування її росту. Протягом 24 годин нанороботи повністю вивелися з організму. Через кілька днів відбулася закупорка судин пухлини, яка привела до її часткової загибелі, але це не торкнулося здорових тканин.

• У дослідженні меланоми середній показник виживання мишей подвоївся, а у 3 з 8 особин сспостерігали повну регресію пухлини. Роботи не тільки вражали пухлину, але і знижували ймовірність появи метастазів.

Автори дослідження відзначають, що їх технологія є безпечною і може бути використана для лікування багатьох видів раку, оскільки морфологія великих кровоносних судин, що живлять пухлини, в цілому однакова.

В експерименті з гризунами вже вдалося виявити ефективність методики для лікування раку молочної залози, яєчників, легенів і шкіри.

Наноробот виявився безпечним та імунологічно інертним для використання у звичайних мишей, а також у мініатюрних свиней Бама, не виявивши помітних змін у нормальній згортанні крові чи клітинної морфології.

Найголовніше, що не було даних про поширення нанороботів у мозок, де це може спричинити небажані побічні ефекти, такі як інсульт.

Комбінації різних раціонально сконструйованих нанороботів, що містять різні агенти, можуть допомогти досягти кінцевої мети дослідження раку: викорінення солідних пухлин та васкуляризованих метастазів. Крім того, поточна стратегія може бути розроблена як платформа доставки ліків для лікування інших захворювань шляхом модифікації геометрії наноструктур, цільових груп та вантажів, що переносяться нанороботами.