Nanoroboty DNA namierzają i niszczą guzy, odcinając im dopływ krwi

Amerykańsko-chiński zespół poczynił znaczne postępy w leczeniu nowotworów za pomocą nanorobotów. Udało się je tak zaprogramować, że odcinając dopływ krwi, doprowadziły do obkurczenia guzów.

Opracowaliśmy pierwszy w pełni autonomiczny robotyczny system DNA do bardzo precyzyjnego projektowania leków i celowanej terapii onkologicznej. Co istotne, naszą technologię można wykorzystać w przypadku wielu rodzajów nowotworów, ponieważ naczynia zaopatrujące guzy lite są zasadniczo takie same - wyjaśnia Hao Yan z Uniwersytetu Stanowego Arizony, specjalista od DNA origami, czyli tworzenia struktur przestrzennych z wykorzystaniem odpowiednio przygotowanych nici kwasu deoksyrybonukleinowego (cząsteczki DNA origami powstają w wyniku działania zasady komplementarności).

Badania autorów publikacji z pisma Nature Biotechnology zaczęły się ok. 5 lat temu. Zespół z Narodowego Centrum Nanonauki i Technologii (NCNST) Chińskiej Akademii Nauk chciał odciąć dopływ krwi do guzów, wywołując koagulację krwi za pomocą nanonośników bazujących na DNA. Dzięki doświadczeniu Yana wizję można było ulepszyć, uzyskując w pełni programowalny system robotyczny.

Te nanoroboty można zaprogramować, by przenosiły molekularny ładunek i wywoływały miejscowe blokady dostaw krwi do guzów, prowadząc w ten sposób do obumierania tkanek i obkurczenia zmian - wyjaśnia prof. Baoquan Ding z NCNST.

Naukowcy eksperymentowali na myszach. Gdy ze wstrzykniętych komórek nowotworowych rozwijał się guz, do akcji wkraczały nanoroboty. Każdy z nich jest zbudowany z płaskiego prostokątnego arkusza origami DNA o wymiarach 90 na 60 nm. Na powierzchni znajduje się enzym osocza krwi trombina.

Trombina prowadzi do krzepnięcia krwi w naczyniach zaopatrujących guz. Jak tłumaczą naukowcy, to coś w rodzaju "minizawału" skutkującego martwicą tkanek.

Do płaskiego rusztowania DNA przyczepiano średnio 4 cząsteczki trombiny. Później arkusz sam się składał, tworząc rurkę. Nanoroboty wprowadzano do krwiobiegu, gdzie naprowadzały się one na guzy.

By zaprogramować nanoroboty, które atakują wyłącznie komórki nowotworowe, trzeba było umieścić na powierzchni aptamery DNA. Aptamer może bowiem obierać na cel nukleolinę, która jest produkowana w dużych ilościach tylko na powierzchni nowotworowych komórek śródbłonka.

Po związaniu z powierzchnią naczynia krwionośnego nanoroboty odsłaniały trombinę. Okazało się, że zaledwie w ciągu paru godzin od wprowadzenia do układu krążenia gromadziły się one masowo wokół guza.

Zabieg odcinał dopływ krwi i uszkadzał tkankę nowotworową na przestrzeni zaledwie doby. Nie obserwowano szkodliwego wpływu na zdrowe tkanki. Po zaatakowaniu guzów większość nanorobotów była usuwana z organizmu w ciągu 24 godzin. Po 2 dniach występowała zaawansowana zakrzepica, a po 3 - zakrzepy obserwowano we wszystkich naczyniach guzów.

Gdy terapię nanorobotami zastosowano u myszy z czerniakiem, u 3 z 8 zwierząt nastąpiła całkowita regresja guzów. Mediana przeżycia wzrosła ponad 2-krotnie z 20,5 do 45 dni. Oprócz tego system testowano na mysim modelu raka płuc. Tutaj także po 2 tygodniach leczenia nastąpiło zmniejszenie guzów.

Co najważniejsze, amerykańsko-chiński zespół udowodnił, że nanoroboty są bezpieczne i skuteczne. Nanoroboty okazały się bezpieczne i nieczynne immunologicznie zarówno u myszy, jak i u miniaturowych świnek. Nie zaobserwowano wykrywalnych zmian w normalnym krzepnięciu lub morfologii komórek - podkreśla prof. Yuliang Zhao z NCNST.

Nie znaleziono też dowodów, by nanoroboty dostawały się do mózgu, gdzie mogłyby np. wywołać udary.

Obecnie Yan i inni szukają partnerów klinicznych, którzy pomogliby dalej rozwinąć technologię.

nanoroboty DNA trombina guz naczynia zakrzep dopływ krwi Hao Yan Baoquan Ding