Наноботи оригамі ДНК вбивають пухлини в новаторському дослідженні

Щорічно у Сполучених Штатах виявлено близько 1,7 мільйона нових випадків раку, і щорічно рак вимагає майже 600 тисяч життів у США, що робить його другою провідною причиною смерті на національному рівні. Лікування іноді гірше, ніж хвороба, оскільки інвазивні операції можуть бути травматичними, а хіміотерапія може спричинити негативні наслідки, які завдають шкоди всьому тілу. Але нова техніка описана в Природа Біотехнологія, який використовує нанороботи - буквально мікроскопічні роботи - для специфічного націлювання на пухлини і відсікання їх кровопостачання має потенціал для зміни лікування назавжди.

У статті, опублікованій у лютому, міжнародна команда вчених продемонструвала ефективність використання нанороботів ДНК для атаки пухлин у мишей і свиней з раком. Ці нанометрові роботи виготовлені з ДНК, яка розгортається саме в потрібний час і місце для доставки ліків тільки точна мішень в тілі. ДНК, складена, як пакет орігамі, утримувала молекули тромбіну, ферменту, що утворює тромб.

Щоб перевірити, чи працює ця нова система доставки лікарських засобів, команда вчених з Університету штату Арізона та Національного центру нанонауки і техніки Китайської академії наук вводила нанороботи в кровотіки мишей з пухлинами. Вони виявили, що лікування ефективно орієнтоване на пухлини, зупиняючи їх зростання і навіть ініціюючи пухлину смерті.

Однак припинення росту пухлини не є достатнім для того, щоб довести, що лікарський засіб працює, оскільки він також повинен виявитися безпечним. Так, дослідники також вводили нанороботи в кров'яні потоки мініатюрних свиней Бами, які, як було показано, є гарними моделями для тестування попередньої безпеки лікарських засобів для людей. Одним з основних проблем нанороботів є те, що вони могли потрапити в мозок і викликати інсульти, але цього не сталося з досліджуваними тваринами.

Точність нанороботів, що робить їх потенціал для безпечного лікування раку настільки великим, пояснюється їх ретельною структурою. "Пакет", що утримує наркотики, складається з аркушів ДНК розміром 60 на 90 нанометрів, які обертаються молекулами тромбіну. На зовнішній стороні складених листів знаходяться молекули, які нульові нульові, білок, який присутній в слизовій оболонці кровоносних судин, пов'язаний зі зростаючими пухлинами.

Ці молекули, звані аптамерами, обидва націлюються на правильне місце для доставки ліків і фактично відкривають аркуш ДНК, щоб піддати тромбіну, коли наноробот знаходить правильне місце. Теоретично, коли тромбін вивільняється, він утворює згусток крові, що потрапляє в пухлину, тим самим голодуючи її киснем, який він потребує для росту. Цей метод, який істотно задушує пухлину, нагадує клас онкологічних препаратів, відомих як інгібітори ангіогенезу, які допомагають пригнічувати ріст кровоносних судин, які живлять пухлини.

Ці нанороботи показують велику обіцянку, але вони ще не готові до людей. Щоб дістатися туди, дослідники шукають клінічних партнерів для подальшого розвитку цього шляху лікування. Тим не менш, той факт, що він, здається, працює у мишей і свиней, робить ймовірним, що нанороботи, подібні до них, будуть доступні як лікування раку протягом нашого життя.

Анотація: Нанорозмірні роботи мають потенціал як інтелектуальні системи доставки ліків, які реагують на молекулярні тригери. Використовуючи ДНК-оригамі, ми сконструювали автономний робот ДНК, який був запрограмований для транспортування корисних навантажень і спеціально представлений у пухлинах. Наш наноробот функціоналізований зовні з аптамером ДНК, який зв'язує нуклеолін, білок, специфічно експресований на ендотеліальних клітинах, пов'язаних з пухлиною, і тромбін тромбіну згортання крові в його внутрішній порожнині. Аптамер, що націлює нуклеолін, служить як в якості націлюючого домену, так і як молекулярний тригер для механічного відкриття наноробота ДНК. Таким чином, внутрішній тромбін піддається впливу і активує коагуляцію на сайті пухлини. Використовуючи моделі мишей, що містять пухлини, ми демонструємо, що внутрішньовенно вводяться нанороботи ДНК доставляють тромбін специфічно до судин, пов'язаних з пухлиною, і індукують внутрішньосудинний тромбоз, що призводить до некрозу пухлини і пригнічення росту пухлини. Наноробот виявився безпечним і імунологічно інертним у мишей і мініатюрних свиней Бами. Наші дані показують, що нанороботи ДНК є перспективною стратегією для точної доставки ліків в терапію раку.