In 'n onlangse studie het navorsers vir die eerste keer 'n volledig outonome nanorobotiese stelsel ontwikkel om spesifiek kanker te teiken
In 'n groot vooruitgang in nanomedisyne, die veld wat nanotegnologie met medisyne kombineer, het navorsers nuwe weë vir terapeutiese behandeling ontwikkel deur baie klein, molekule-grootte nanopartikels (masjien of robotte wat naby die mikroskopiese skaal van 'n nanometer 10-9m is) te gebruik om kanker te teiken , in hierdie merkwaardige studie wat in Nature Biotechnology gepubliseer is.
DNA origami nanobot: die magiese vervoerder
DNS- origami is 'n proses waarin DNS op 'n nanoskaalvlak gevou word en gebruik word om aktiewe strukture op die kleinste skale te bou (origami soos in die kuns van papiervou). DNS is 'n uitstekende berging van inligting en dus kan strukture wat daaruit gebou word as inligtingdraers gebruik word. In lyn met hierdie vermoë kan hierdie DNS-nanopartikels (of 'DNS-nanorobotte' of 'nanorobotte' of eenvoudig 'nanobotte') vrag op die kleinste skale beweeg en oplig vir spesifieke take in die menslike liggaam en is dus geskik vir baie nanorobotiese toepassings. Die grootte van so 'n nanobot is 1000 keer kleiner as 'n enkele string menslike haar. Hierdie veld van nanorobotika is die afgelope twee dekades vol opwinding en baie kenners fokus op die ontwikkeling van sulke nanoskaalstrukture gebaseer op DNS wat hulself in allerhande vorms en groottes kan vou om medisyne, veral terapie en geneesmiddelaflewering, te revolusioneer.
Nanorobot-tegnologie word nou wyd gebruik en het reeds velde soos mediese beeldvorming, toestelle, sensors, energiestelsels en ook medisyne omskep. In medisyne het nanobotte aansienlike voordele hoofsaaklik omdat hulle geen skadelike aktiwiteite genereer nie, geen moontlike newe-effek het nie en baie spesifiek is op watter plek in die liggaam hulle sal teiken en opereer. Die aanvanklike koste van ontwikkeling van nanorobotte is dalk hoog, maar die vervaardiging, wanneer dit deur die konvensionele metode van bondelverwerking gedoen word, verminder die koste tot 'n groot mate. Verder maak die klein grootte van die nanorobotte hulle ideaal vir die teiken van bakterieë en virusse. 'n Klein nanorobot kan ook baie maklik in die liggaam ingespuit word en dit dryf maklik deur die bloed (die bloedsomloopstelsel) en help om die probleme op te spoor en te behandel. Nanobots het baie belangrikheid in kankernavorsing gekry, aangesien hulle 'n pynlose alternatief van chemoterapie kan wees wat andersins baie stresvol is en 'n groot persoonlike en finansiële las op die pasiënt plaas. Chemoterapie is nie net 'n harde manier om kanker te behandel nie, maar afgesien van die aanval op die kankerselle, laat die prosedure verskeie newe-effekte oor die hele liggaam. Tog was die wetenskap nie in staat om enige nuwe alternatief vir chemoterapie te ontdek vir die behandeling van hierdie lewensgevaarlike siekte genaamd kanker nie. Nanobots het die potensiaal om hierdie scenario in die komende jare te verander deur 'n meer doeltreffende, slimmer en geteikende alternatief wat kanker aanval.
Kanker teiken
In hierdie onlangse studie, 'n samewerking tussen die Arizona State University, VSA, en die Nasionale Sentrum vir Nanowetenskap en Tegnologie van die Chinese Akademie vir Wetenskappe, Beijing, het navorsers suksesvol outomatiese nanobotte ontwerp, gebou en noukeurig beheer om aktief kankeragtige gewasse binne die liggaam te soek en presies te vernietig – sonder om enige van die gesonde selle te benadeel. Hulle het verskeie uitdagings oorkom wat nanowetenskaplikes al meer as twee dekades teister, deur 'n baie eenvoudige en reguit strategie te ontwerp en te gebruik om die gewas te soek en te vernietig. Die strategie was om spesifiek die bloedtoevoer in 'n tumorsel af te sny deur bloedstolling in die tumorsel te veroorsaak met behulp van DNS-gebaseerde nanobotte. Dus het hulle aan iets oënskynlik eenvoudig gedink – om 'n belangrike bloedstollingsensiem (genoem trombien) aan die oppervlak van die plat, nanoskaalse DNS-origami-nanobot te heg. Gemiddeld vier molekules trombien is aan die plat oppervlak van die DNS -origami-vel van grootte 90 nm by 60 nm geheg. Hierdie plat vel is soos 'n vel papier gevou, wat die nanobotte in die vorm van 'n hol buis laat vorm het. Hierdie nanobotte is in 'n muis ingespuit (wat aggressiewe gewasgroei veroorsaak het), hulle het deur die bloedstroom gereis en die teiken – die gewasse – bereik en daaraan gebind. Vervolgens word die nanobot se lading – die ensiem trombien – afgelewer, wat die bloedvloei na die gewas blokkeer, wat lei tot bloedstolling in die vate wat gewasgroei voed, wat die vernietiging van die gewasweefsel of seldood veroorsaak. Hierdie hele proses gebeur interessant genoeg baie vinnig en die nanobotte omring die gewas binne ure na die inspuiting. Bewyse van gevorderde trombose in alle gewasselle is na 36 uur na inspuiting waargeneem.
Verder het die skrywers ook gesorg vir die insluiting van 'n spesiale loonvrag op die oppervlak van die nanobot (genoem 'n DNA-aptamer) wat spesifiek 'n proteïen, genaamd nukleolien, sou teiken, wat in groot hoeveelhede slegs op die oppervlak van tumorselle gemaak word, en sodoende verminder die kanse dat nanobotte ooit die gesonde selle aanval tot nul. Hierdie nanobotte het nie net die tumorselle verminder en doodgemaak nie, maar ook metastase voorkom – sekondêre kankergroei op 'n verafgeleë plek.
Veiligheid en doeltreffendheid
Die skrywers beklemtoon dat nanobotte veilig en immunologies inert is vir gebruik in muise en selfs varke en die gebruik van nanobotte het geen veranderinge in normale bloedstolling elders of selstruktuur of enige breechinto die brein getoon nie. Hulle is dus aangewys as veilig en effektief om gewasse te teiken en te krimp sonder enige moontlike ongewenste newe-effekte. Daar is ook gesien dat die meeste van die nanobotte na 24 uur vernederend uit die liggaam was. Alhoewel die nanobotte in 'n 'repliserende nanobotte'-model ontwerp kan word, wat verstaanbaar is om die koste laag te hou aangesien 'n paar kopieë gemaak word en ander nanobotte self gegenereer word, is dit duidelik dat so 'n benadering slegs in spesiale omstandighede toegepas moet word. . Wat die veld van medisyne betref, moet 'n onfeilbare doodskakelaar ook in plek wees om enige uiterste omstandighede weg te hou. Regsowerhede moet regulasies opstel om enige misbruik van nanobotte in medisyne, byvoorbeeld gewapende nanobotte, te vermy. Wanneer al die faktore ingeweeg word, bring die doeltreffendheid van nanobotte ons by 'n punt dat hulle nie oor die hoof gesien kan word nie en om na hul potensiële nanobotte te kyk, sal 'n noodsaaklike komponent van medisyne in die toekoms wees.
'n Soortgelyke benadering kan op mense gebruik word, aangesien die outeurs getoon het dat hierdie stelsel ook op 'n primêre muislongkankermodel getoets is – wat die menslike kliniese verloop van longkankerpasiënte naboots – en 'n regressie van die gewas na 'n twee weke lange behandeling getoon het. Hierdie studies is ook op muise uitgevoer, en binne twee weke is 'n soortgelyke aantoonbare effek op borskanker, melanoom, eierstok- en longkanker in diere gesien. Die studie moet egter op mense gedoen word om die geloofwaardigheid van soortgelyke resultate te bevestig, en robuuste kliniese proewe moet uitgevoer word om dieselfde te bereik.
'n Baie slim en doelgerigte manier om kanker aan te val
Een van die groot uitdagings van kankerterapie is om noukeurig en korrek te onderskei tussen die kanker tumorselle en die normale, gesonde liggaamselle. Die konvensionele benadering om tumorselle te ontwyk en dood te maak – chemoterapie en bestralingsterapie – slaag nie daarin om die tumorselle selektief te teiken sonder om met die normale liggaamselle te reageer nie. Chemoterapie en ook bestralingsterapie is dus geneig om ernstige newe-effekte te veroorsaak, beide gering en groot, insluitend orgaanskade wat lei tot 'n baie verswakte behandeling van kanker en dus lae oorlewingsyfers onder pasiënte. Nanobotte soos dié wat in hierdie studie beskryf word, is eerste in sy soort in soogdiere wat baie sterk en effektief is om tumorselle te identifiseer en hul groei en proliferasie te verminder. Hierdie DNA-robotstelsel kan gebruik word vir presiese en geteikende kankerterapie vir baie soorte kanker, aangesien alle bloedvate wat soliede gewas voed in wese dieselfde is.
Hierdie navorsing het die weg gebaan vir die toekoms om praktiese mediese oplossings te begin dink en beplan deur tegnologiese vooruitgang te gebruik. Die uiteindelike doel van kankernavorsing is die suksesvolle uitwissing van soliede gewasse, met geen ernstige newe-effekte en verminderde metastase nie. As ons na hierdie studie kyk, sien ons groot hoop vir die toekoms waar hierdie huidige strategie ideaal kan wees om die uiteindelike doelwit te bereik om kanker aan te pak. En nie net kanker nie, hierdie strategie kan ook ontwikkel word as 'n middelafleweringsplatform vir die behandeling van baie ander siektes, want die benadering sal bloot wees om die struktuur van nanobotte te verander en gelaaide vragte te verander. Nanobotte kan ons ook help om die kompleksiteit van die menslike liggaam en brein verder te verstaan. Dit sal ook help om pynlose en nie-indringende operasies uit te voer, selfs die mees ingewikkelde operasies. Hipoteties kan op hierdie punt, as gevolg van hul grootte, nanobotte ook deur die breinselle blaai en al die verwante inligting genereer wat nodig is vir verdere navorsing. In die toekoms, kom ons sê twee dekades van nou af, kan 'n enkele inspuiting van 'n nanobot siektes heeltemal genees.
***
Bronne)
Li S et al. 2018. 'n DNS-nanorobot funksioneer as 'n kankerterapeutiese middel in reaksie op 'n molekulêre sneller in vivo. Nature Biotechnology . https://doi.org/10.1038/nbt.4071
***
