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 nanogeneeskunde, die veld wat nanotegnologie met medisyne kombineer, het navorsers nuwe maniere van terapeutiese behandeling ontwikkel deur baie klein, molekule-grootte nanopartikels (masjien of robotte wat naby aan die mikroskopiese skaal van 'n nanometer 10-9m is) te gebruik. teiken kanker, in hierdie merkwaardige studie gepubliseer in Nature Biotechnology.
DNA origami nanobot: die magiese vervoerder
DNA origami is 'n proses waarin 'n 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 groot stoor van inligting en dus kan strukture wat daaruit gebou is as inligtingsdraers gebruik word. In ooreenstemming met hierdie vermoë kan hierdie DNA-nanopartikels (of 'DNA-nanorobotte' of 'nanorobotte' of bloot 'nanobotte') vrag op die kleinste skale beweeg en optel 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 hare. Hierdie veld van nanorobotika is die afgelope twee dekades vol opwinding en baie kenners het gefokus op die ontwikkeling van sulke nanoskaalstrukture gebaseer op DNS wat hulself in allerhande vorms en groottes kan vou om medisyne te revolusioneer, veral terapie en geneesmiddellewering.
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 Arizona State University, VSA, en Nasionale Sentrum vir Nano wetenskap en Tegnologie van die Chinese Akademie van Wetenskappe, Beijing, het navorsers suksesvol geoutomatiseerde nanobotte ontwerp, gebou en noukeurig beheer om aktief kankergewasse in die liggaam te soek en presies te vernietig - terwyl dit nie enige van die gesonde selle benadeel nie. Hulle het verskeie uitdagings oorkom wat nano-wetenskaplikes al meer as twee dekades lank 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 deur gebruik te maak van DNA-gebaseerde nanobotte. Hulle het dus aan iets oënskynlik eenvoudig gedink – heg 'n sleutelbloedstollingsensiem (genoem Trombien) aan die oppervlak van die plat, nanoskaal DNA-origami-nanobot. 'n Gemiddeld vier molekules trombien is aan die plat oppervlak van die DNA origami-vel van grootte 90nm by 60nm. Hierdie plat vel is gevou soos 'n vel papier wat die nanobotte in die vorm van 'n hol buis laat vorm het. Hierdie nanobotte is in 'n muis ingespuit (wat veroorsaak is deur aggressiewe tumorgroei), hulle het deur die bloedstroom gereis en aan sy teiken - die gewasse gebind en gebind. tot stolling van bloed binne die vate wat tumorgroei voed, wat die vernietiging van die tumorweefsel 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 tumorselle is waargeneem na 36 uur van inspuiting.
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 skrywers getoon het dat hierdie stelsel ook op 'n primêre muis longkankermodel getoets is - wat die menslike kliniese verloop van long naboots. kanker pasiënte- en het regressie van tumor getoon na 'n behandeling van twee weke. Hierdie studies is ook op muise uitgevoer, en binne twee weke is 'n soortgelyke aantoonbare effek op borskanker, melanoom, eierstok- en longkanker by die diere gesien. Die studie moet egter by mense gedoen word om die aanneemlikheid 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.
***
{Jy kan die oorspronklike navorsingsartikel lees deur die DOI-skakel wat hieronder gegee word in die lys van aangehaalde bronne te klik}
Bronne)
Li S et al 2018. 'n DNA-nanorobot funksioneer as 'n kankerterapeutiese middel in reaksie op 'n molekulêre sneller in vivo. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
