У нядаўнім даследаванні навукоўцы ўпершыню распрацавалі цалкам аўтаномную нанаробатаў для барацьбы з ракам.
У рамках сур'ёзнага прагрэсу ў нанамедыцыне, вобласці, якая спалучае нанатэхналогіі з медыцынай, даследчыкі распрацавалі новыя спосабы тэрапеўтычнага лячэння з выкарыстаннем вельмі маленькіх наначасціц памерам з малекулы (машыны або робаты, якія блізкія да мікраскапічнага маштабу нанаметра 10-9 м), каб мэтавай рак, у гэтым выдатным даследаванні, апублікаваным у Nature Biotechnology.
ДНК-арыгамі нанабот: чароўны транспарцёр
ДНК арыгамі - гэта працэс, у якім ДНК згортваецца ў нанамаштабным узроўні і выкарыстоўваецца для пабудовы актыўных структур у самых маленькіх маштабах (арыгамі, як у мастацтве складання паперы). ДНК з'яўляецца выдатным сховішчам інфармацыі, і таму структуры, якія будуюцца з яе, можна выкарыстоўваць у якасці носьбітаў інфармацыі. У адпаведнасці з гэтай здольнасцю гэтыя наначасціцы ДНК (або «нанаробаты ДНК», «нанаробаты» або проста «нанаробаты») могуць перамяшчаць і падымаць груз у самых малых маштабах для выканання пэўных задач у чалавечым целе і, такім чынам, падыходзяць для многіх нанаробатаў прыкладанняў. Памер такога нанаробата ў 1000 разоў меншы за адну пасму чалавечага воласа. Гэтая вобласць нанаробататэхнікі была поўная хвалявання на працягу апошніх двух дзесяцігоддзяў, і многія эксперты засяродзіліся на распрацоўцы такіх нанапамерных структур на аснове ДНК, якія могуць складацца ў розныя формы і памеры, каб зрабіць рэвалюцыю ў медыцыне, асабліва ў тэрапіі і дастаўцы лекаў.
Тэхналогія нанаробатаў зараз шырока выкарыстоўваецца і ўжо зрабіла рэвалюцыю ў такіх галінах, як медыцынская візуалізацыя, прылады, датчыкі, энергетычныя сістэмы, а таксама медыцына. У медыцыне нанаботы маюць значныя перавагі галоўным чынам таму, што яны не выклікаюць шкодных дзеянняў, не маюць магчымых пабочных эфектаў і вельмі спецыфічныя, на які ўчастак арганізма яны будуць накіраваны і апераваць. Першапачатковы кошт распрацоўкі нанаробатаў можа быць высокі, але вытворчасць, калі вырабляецца звычайным метадам пакетнай апрацоўкі, значна зніжае кошт. Акрамя таго, мініяцюрны памер нанаробатаў робіць іх ідэальнымі для барацьбы з бактэрыямі і вірусамі. Акрамя таго, малюсенькі нанаробат можна вельмі лёгка ўвесці ў цела, і ён лёгка плыве па крыві (крывяноснай сістэме) і дапамагае ў выяўленні праблем і іх лячэнні. Нанаробаты набылі вялікае значэнне ў даследаваннях рака, паколькі яны могуць быць бязбольнай альтэрнатывай хіміятэрапіі, якая ў іншым выпадку з'яўляецца вельмі напружанай і кладзе на пацыента велізарны асабісты і фінансавы цяжар. Хіміётэрапія - гэта не толькі жорсткі спосаб лячэння рака, але, акрамя нападу на ракавыя клеткі, працэдура пакідае некалькі пабочных эфектаў ва ўсім целе. Тым не менш, навука не змагла знайсці якую-небудзь новую альтэрнатыву хіміятэрапіі для лячэння гэтага небяспечнага для жыцця захворвання пад назвай рак. Нанаробаты маюць патэнцыял, каб змяніць гэты сцэнар у бліжэйшыя гады, стаўшы больш эфектыўнай, разумнейшай і мэтанакіраванай альтэрнатывай, якая атакуе рак.
Нацэльванне на рак
У гэтым нядаўнім даследаванні праведзена супрацоўніцтва паміж Універсітэтам штата Арызона, ЗША, і Нацыянальным цэнтрам Nano навукі і тэхнікі Кітайскай акадэміі навук у Пекіне даследчыкі паспяхова распрацавалі, пабудавалі і старанна кіравалі аўтаматызаванымі нанаробатамі, каб актыўна шукаць і дакладна знішчаць ракавыя пухліны ўнутры арганізма, не наносячы шкоды ні адной са здаровых клетак. Яны пераадолелі некалькі праблем, якія мучаць навукоўцаў-нананаукоўцаў больш за два дзесяцігоддзі, распрацаваўшы і выкарыстоўваючы вельмі простую і зразумелую стратэгію для пошуку і знішчэння пухліны. Стратэгія заключалася ў тым, каб спецыяльна адрэзаць кровазабеспячэнне ў пухліннай клетцы шляхам індукцыі згортвання крыві ў пухліннай клетцы з дапамогай нанаробатаў на аснове ДНК. Такім чынам, яны прыдумалі нешта, здавалася б, простае - далучыць ключавы фермент згортвання крыві (так называецца трамбін) да паверхні плоскага нанаробата з ДНК-арыгамі ў нанапамерным памеры. У сярэднім чатыры малекулы трамбіну былі прымацаваныя да плоскай паверхні ДНК ліст арыгамі памерам 90 нм на 60 нм. Гэты плоскі ліст быў складзены як аркуш паперы, дзякуючы чаму нанаробаты ператварыліся ў форму полай трубкі. Гэтыя нанаробаты былі ўведзены ў мыш (якая была выклікана агрэсіўным ростам пухліны), яны падарожнічалі па крывацёку, дасягаючы і звязваючыся з сваёй мэтай - пухлінамі. Пасля гэтага груз нанаробата - фермент тромбін - дастаўляецца, блакіруючы тым самым крывацёк пухліны. да згортвання крыві ў сасудах, якія забяспечваюць рост пухліны, выклікаючы разбурэнне пухліннай тканіны або гібель клетак. Цікава, што ўвесь гэты працэс адбываецца вельмі хутка, і нанаробаты атачаюць пухліну на працягу некалькіх гадзін пасля ін'екцыі. Сведкі распаўсюджанага трамбозу ва ўсіх опухолевых клетках назіраліся праз 36 гадзін пасля ін'екцыі.
Акрамя таго, аўтары таксама паклапаціліся аб уключэнні спецыяльнай карыснай нагрузкі на паверхню нанаробата (так званага ДНК-аптамерам), якая будзе нацэльвацца на бялок, званы нуклеолін, які ў вялікіх колькасцях выпрацоўваецца толькі на паверхні опухолевых клетак, такім чынам памяншаючы шанцы нанаробатаў калі-небудзь атакаваць здаровыя клеткі зводзяцца да нуля. Гэтыя нанаробаты не толькі памяншаюць і знішчаюць опухолевые клеткі, але і прадухіляюць метастазы - другасны рак на аддаленым месцы.
Бяспека і эфектыўнасць
Аўтары падкрэсліваюць, што нанаробаты бяспечныя і імуналагічна інэртныя для выкарыстання ў мышэй і нават свіней, і выкарыстанне нанаробатаў не паказала ніякіх змен у нармальнай згусальнасці крыві ў іншых месцах, у структуры клетак або ў галаўным мозгу. Такім чынам, яны былі прызнаны бяспечнымі і эфектыўнымі для нацэльвання і памяншэння пухлін без якіх-небудзь магчымых непажаданых пабочных эфектаў. Таксама было заўважана, што большасць нанаробатаў дэградуюць і выходзяць з арганізма праз 24 гадзіны. Нягледзячы на тое, што нанаробаты могуць быць спраектаваны ў мадэлі «рэплікацыі нанаробатаў», што зразумела, каб скараціць выдаткі, паколькі вырабляюцца некалькі копій і іншыя нанаробаты ствараюцца самастойна, відавочна, што такі падыход павінен прымяняцца толькі ў асаблівых абставінах. . Што датычыцца вобласці медыцыны, то таксама павінна быць створана бесперабойная выключальнік, каб не дапусціць надзвычайных абставінаў. Юрыдычныя органы павінны распрацаваць правілы, каб пазбегнуць любога няправільнага выкарыстання нанаробатаў у медыцыне, напрыклад, узброеных нанаробатаў. Улічваючы ўсе фактары, эфектыўнасць нанаробатаў падводзіць нас да таго, што іх нельга ігнараваць, і разглядаючы іх патэнцыйныя нанаробаты, стануць важным кампанентам медыцыны ў будучыні.
Падобны падыход можа быць выкарыстаны на людзях, паколькі аўтары паказалі, што гэтая сістэма была таксама пратэставаная на першаснай мадэлі рака лёгкіх у мышы - якая імітуе клінічны плынь лёгкіх у чалавека. рак пацыентаў- і паказалі рэгрэс пухліны пасля двухтыднёвага лячэння. Акрамя таго, гэтыя даследаванні былі праведзены на мышах, і на працягу двух тыдняў падобны даказаны эфект на рак малочнай залозы, меланому, яечнікаў і рак лёгкіх быў заўважаны ў жывёл. Аднак даследаванне неабходна правесці на людзях, каб пацвердзіць праўдападобнасць падобных вынікаў, і для дасягнення таго ж неабходна правесці надзейныя клінічныя выпрабаванні.
Вельмі разумны і мэтанакіраваны спосаб барацьбы з ракам
Адна з галоўных задач тэрапіі рака - старанна і правільна адрозніваць клеткі ракавай пухліны ад нармальных, здаровых клетак арганізма. Звычайны падыход да ўхілення і знішчэння опухолевых клетак - хіміятэрапія і прамянёвая тэрапія - не ўдаецца выбарча нацэльваць опухолевые клеткі без узаемадзеяння з нармальнымі клеткамі арганізма. Такім чынам, хіміятэрапія, а таксама прамянёвая тэрапія, як правіла, выклікаюць сур'ёзныя пабочныя эфекты, як нязначныя, так і сур'ёзныя, уключаючы пашкоджанне органаў, што прыводзіць да вельмі пагаршэння лячэння рака і, такім чынам, да нізкай выжывальнасці пацыентаў. Нанаробаты, такія як апісаныя ў гэтым даследаванні, з'яўляюцца першымі ў сваім родзе ў млекакормячых, якія вельмі моцныя і эфектыўныя ў ідэнтыфікацыі опухолевых клетак і памяншэнні іх росту і праліферацыі. Гэтая ДНК-робатызаваная сістэма можа быць выкарыстана для дакладнай і мэтанакіраванай тэрапіі рака для многіх тыпаў рака, паколькі ўсе крывяносныя пасудзіны цвёрдай пухліны па сутнасці аднолькавыя.
Гэта даследаванне праклала шлях у будучыню, каб пачаць думаць і планаваць практычныя медыцынскія рашэнні з выкарыстаннем тэхналагічных дасягненняў. Канчатковай мэтай даследаванняў рака з'яўляецца паспяховае выкараненне салідных пухлін без сур'ёзных пабочных эфектаў і памяншэння метастазірованія. Гледзячы на гэта даследаванне, мы бачым велізарную надзею на будучыню, дзе цяперашняя стратэгія можа быць ідэальнай для дасягнення канчатковай мэты па барацьбе з ракам. І не толькі рак, гэтая стратэгія таксама можа быць распрацавана ў якасці платформы дастаўкі лекаў для лячэння многіх іншых захворванняў, таму што падыход будзе проста мадыфікаваць структуру нанаробатаў і змяняць загружаныя грузы. Акрамя таго, нанаробаты могуць дапамагчы нам больш зразумець складанасць чалавечага цела і мозгу. Гэта таксама дапаможа ў выкананні бязбольных і неінвазіўных аперацый, нават самых складаных. Гіпатэтычна ў гэты момант, дзякуючы сваім памерам, нанаробаты таксама маглі б праглядаць клеткі мозгу і генераваць усю інфармацыю, неабходную для далейшых даследаванняў. У будучыні, скажам, праз два дзесяцігоддзі, адна ін'екцыя нанаробата можа цалкам вылечыць хваробы.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
Li S et al 2018. ДНК-нанаробат функцыянуе як тэрапеўтычнае сродак супраць рака ў адказ на малекулярны трыгер in vivo. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
