DNA Origami Nanobots Dræbe tumorer i banebrydende undersøgelse

Næsten 1,7 millioner nye tilfælde af kræft opdages i USA hvert år, og hvert år påstår kræft næsten 600.000 liv i USA alene, hvilket gør den til den næstledende dødsårsag nationalt. Behandling er sommetider værre end sygdommen, da invasive operationer kan være traumatiske, og kemoterapi kan forårsage off-target-effekter, der forårsager kaos på hele kroppen. Men en ny teknik beskrevet i Naturbioteknologi, der bruger nanoroboter - bogstaveligt mikroskopiske robotter - til specifikt at målrette tumorer og afskaffe deres blodforsyning, har potentialet til at ændre behandlingen for altid.

I papiret, der blev offentliggjort i februar, viste et internationalt forskergruppe effektiviteten af ​​at bruge DNA nanoroboter til at angribe tumorer hos mus og svin med kræft. Disse robotter af nanometerstørrelse er fremstillet af DNA, der udfolder sig på præcis den rette tid og sted for at levere et lægemiddel til kun Det nøjagtige mål i kroppen. DNA'et foldede op som en origami-pakke, holdt molekyler af thrombin, et enzym, der gør blodpropper.

For at teste om dette nye lægemiddelleveringssystem virker, indsprøjtede teamet af forskere fra Arizona State University og Nationale Center for Nanovidenskab og Teknologi i Det Kinesiske Videnskabsakademi nanorobots i blodstrømmene hos mus med tumorer. De fandt, at behandlingen effektivt målrettede tumorer, stoppede deres vækst og endda initierede tumor død.

At stoppe tumorvæksten er ikke nok til at bevise lægemiddelarbejdet, da det også skal bevise sig sikkert. Så indsprøjtede forskerne også nanorobots i blodstrømmene fra Bama miniature grise, der har vist sig at være gode modeller til at teste foreløbig narkotikasikkerhed for mennesker. Et stort problem med nanoroboter er, at de kunne komme ind i hjernen og forårsage slagtilfælde, men det skete ikke med forsøgsdyrene.

Nanorobots præcision, som gør deres potentiale til sikker kræftbehandling så stor, skyldes deres omhyggeligt udformede struktur. Den lægemiddelholdige "pakke" består af DNA-ark, der måler 60 med 90 nanometer, der ombryder trombinmolekyler. På ydersiden af ​​de foldede plader er molekyler, der ikke ligger i nukleolin, et protein der er til stede i foring af blodkar i forbindelse med voksende tumorer.

Disse molekyler, der kaldes aptamerer, er begge rettet mod det rette sted til at levere lægemidler og Faktisk åbner DNA-arket op for at udsætte trombinet, når nanoroboten finder det rette sted. I teorien, når trombinet frigives, klumper det blodet ind i tumoren og derved sultner det om det ilt, den har brug for at vokse. Denne metode, som i det væsentlige forvirrer tumoren, minder om klassen af ​​kræftmedikamenter kendt som angiogeneseinhibitorer, som hjælper med at hæmme væksten af ​​blodkar, der fodrer tumorer.

Disse nanoroboter viser stort løfte, men de er ikke klar til mennesker endnu. For at komme derhen søger forskerne kliniske partnere for at videreudvikle denne behandlingsvej. Det faktum, at det ser ud til at virke hos mus og svin gør det dog sandsynligt, at nanoroboter som disse vil være tilgængelige som kræftbehandlinger i vores liv.

Abstrakt: Nanoscale robotter har potentiale som intelligente lægemiddelleveringssystemer, der reagerer på molekylære triggere. Ved hjælp af DNA origami konstruerede vi en autonom DNA robot, der er programmeret til at transportere nyttelast og præsentere dem specifikt i tumorer. Vores nanorobot er funktionaliseret på ydersiden med en DNA-aptamer, der binder nucleolin, et protein specifikt udtrykt på tumorassocierede endotelceller og blodkoagulationsproteasetrombin i dets indre hulrum. Den nukleolinmålende aptamer tjener både som et målretningsdomein og som en molekylær trigger til den mekaniske åbning af DNA nanoroboten. Trombinets indre er således eksponeret og aktiverer koagulation på tumorstedet. Ved brug af tumorbærende musemodeller demonstrerer vi, at intravenøst ​​injicerede DNA nanoroboter leverer trombin specifikt til tumorassocierede blodkar og inducerer intravaskulær trombose, hvilket resulterer i tumornekrose og hæmning af tumorvækst. Nanoroboten viste sig at være sikker og immunologisk inert hos mus og Bama miniature grise. Vores data viser, at DNA nanoroboter repræsenterer en lovende strategi for præcis lægemiddellevering i kræftterapi.