Ученые Аризонского государственного университета (ASU) в сотрудничестве с исследователями из Национального центра нанонауки и технологии (NCNST) Академии наук Китая успешно запрограммировали нанороботы для сокращения опухолей путем отсечения их от притока крови.
Статья подготовлена для вас командой «КриоРус»
В крупном исследовании в области наномедицины ученые Аризонского государственного университета (ASU) в сотрудничестве с исследователями из Национального центра нанонауки и технологии (NCNST) Академии наук Китая успешно запрограммировали нанороботы для разрушения опухолей путем отсечения их от притока крови.
«Мы разработали первую полностью автономную роботизированную систему ДНК для очень точного воздействия лекарств и целенаправленной терапии рака», — сказали Хао Янь, директор Центра молекулярного дизайна и биомиметики Института биотехнологии ASU Bioesign, и профессор Милтон Глик из Школы молекулярных наук.
«Кроме того, эта технология является стратегией, которая может быть использована для борьбы со многими видами рака, поскольку все кровеносные сосуды, питающие #опухоли, по существу одинаковы», — сказал Хао Янь.
Успешная демонстрация технологии, первое в своем роде исследование у млекопитающих с использованием моделей рака молочной железы, меланомы, яичников и легких, была опубликована в журнале Nature Biotechnology.
Найти и уничтожить
И такая революция может случиться в один прекрасный день — может быть даже немного быстрее, чем ожидалось.
Наномедицина — это новая отрасль медицины, которая стремится сочетать обещание нанотехнологий открывать совершенно новые возможности для лечения, такие как наночастицы размером с молекулы, чтобы диагностировать и лечить сложные заболевания, особенно #рак.
До сих пор проблема продвижения наномедицины была затруднена, потому что ученые хотели разработать, построить и тщательно контролировать нанороботы, чтобы активно искать и уничтожать раковые опухоли, не нанося вреда никаким здоровым клеткам в организме.
Международная команда исследователей преодолела эту проблему, используя, казалось бы, простую стратегию — очень избирательно искать и изолировать опухоли.
Эта работа была начата около 5 лет назад. Исследователи NCNST сначала захотели отключить кровоснабжение опухоли, вызвав коагуляцию крови с использованием ДНК-наноносителей. Опыт профессора Хао Яна помог модернизировать подход, чтобы сделать полностью программируемую роботизированную систему, которая способна выполнять свою миссию полностью самостоятельно.
«Наши нанороботы могут быть запрограммированы на транспортировку молекулярных полезных нагрузок и вызывают локальные закупорки кровеносных сосудов в конкретном месте, что может привести к гибели ткани и уменьшить опухоль», — сказал Баокуан Дин, профессор NCNST, расположенный в Пекине.
Чтобы выполнить свое исследование, ученые воспользовались известной моделью опухоли мышей, когда человеческие раковые клетки вводят в мышь, чтобы вызвать агрессивный рост опухоли.
Как только опухоль выросла, нанороботы были развернуты в организме, чтобы прийти на помощь.
Тромбин может блокировать кровоток в опухоли путем свертывания крови в сосудах, которые питают рост опухоли, вызывая у опухоли своего рода мини-сердечный приступ и приводя к гибели опухолевой ткани.
В среднем четыре молекулы тромбина были прикреплены к плоским каркасам ДНК. Затем плоский лист сворачивали, как лист бумаги, чтобы сделать полую трубку, похожую на цилиндр.
После чего, такие трубки-роботы вводили в мышь, а затем они путешествовали по всему кровотоку, перемещаясь к опухолям.
Ключ к программированию наноробота, который атакует только раковую клетку, включает специальную полезную нагрузку на поверхности, называемую аптамером ДНК. Аптамер ДНК может специфически нацеливаться на белок, называемый нуклеолин (ядрышковый белок), который производится в больших количествах только на поверхности эндотелиальных клеток опухоли и не находится на поверхности здоровых клеток.
Закрепляясь на поверхности кровеносного сосуда, наноробот действует, как пресловутый троянский конь, чтобы доставить свой груз к опухоли, обнажая фермент под названием тромбин, который является ключом к свертыванию крови. Далее #нанороботы работают оперативно, собравшись в большом количестве, чтобы быстро окружить опухоль через несколько часов после инъекции. (Видео здесь).
Безопасный и надежный
В первую очередь, команда показала, что нанороботы были безопасными и эффективными в деле сокращении опухолей.
«Наноробот оказался безопасным и иммунологически инертным для использования у нормальных мышей, а также у бамских миниатюрных свиней, не обнаруживших заметных изменений в нормальной коагуляции крови или морфологии клеток», — сказал Юлиан Чжао, также профессор NCNST и ведущий научный сотрудник международной команды.
Самое главное, не было доказательств распространения нанороботов в мозг, где это могло вызвать нежелательные побочные эффекты, такие как инсульт.
«Нанороботы решительно безопасны в нормальных тканях мышей и крупных животных», — сказал Гуанджун Ни, еще один профессор NCNST и ключевой член совместной команды ученых.
Лечение блокировало кровоснабжение опухоли и вызывало повреждение опухолевой ткани в течение 24 часов, не влияя на здоровые ткани. После нападения на опухоль большинство нанороботов были очищены и выведены из организма через 24 часа.
Через два дня наблюдались признаки прогрессирующего тромбоза, а через 3 дня наблюдались #тромбы во всех опухолевых сосудах.
Ученые также пробовали свою систему в тесте на первичную модель рака легкого у мышей, которая имитирует клинический курс пациентов с раком легких. Они показали усадку опухолевых тканей после двухнедельного лечения.
Нанороботы могут многое
«Наноробот ДНК для доставки тромбина представляет собой значительный прогресс в применении ДНК-нанотехнологий для лечения рака», — говорит Хао Янь. «В модели мышиной меланомы наноробот не только затрагивал первичную опухоль, но и предотвращал образование метастазов, демонстрируя перспективный терапевтический потенциал».
Хао Янь и его сотрудники в настоящее время активно проводят клинические испытания для дальнейшего развития этой технологии.
«Я думаю, что мы стали гораздо ближе к реальным практическим медицинским применениям нанотехнологии», — говорит Хао Янь. «Комбинации различных рационально разработанных нанороботов, несущих разные агенты, могут помочь достичь конечной цели в лечении рака: искоренение твердых опухолей и васкуляризированных метастазов. Кроме того, нынешняя стратегия может быть разработана как платформа доставки лекарств для лечения других заболеваний».
#ракмолочнойжелезы
#лечениерака
#наномедицина
#рак
#нанотехнологии