Sa isang kamakailang pag-aaral, ang mga mananaliksik ay nakabuo sa unang pagkakataon ng isang ganap na autonomous nanorobotic system para sa partikular na pag-target sa cancer.
Sa isang malaking pag-unlad sa nanomedicine, ang larangan na pinagsasama ang nanotechnology sa medisina, ang mga mananaliksik ay nakabuo ng mga bagong paraan ng therapeutic treatment gamit ang napakaliit, molecule-sized na nanoparticles (machine o robot na malapit sa microscopic scale ng nanometer 10-9m) hanggang target kanser, sa kahanga-hangang pag-aaral na ito na inilathala sa Kalikasan Biotechnology.
DNA origami nanobot: ang magic transporter
DNA Ang origami ay isang proseso kung saan ang isang DNA ay nakatiklop sa antas ng nanoscale at ginagamit upang bumuo ng mga aktibong istruktura sa pinakamaliit na kaliskis (origami tulad ng sa sining ng pagtitiklop ng papel). Ang DNA ay isang mahusay na imbakan ng impormasyon at sa gayon ang mga istruktura na binuo mula dito ay maaaring magamit bilang mga tagapagdala ng impormasyon. Alinsunod sa kakayahang ito, ang mga DNA nanoparticle na ito (o 'DNA nanorobots' o 'nanorobots' o simpleng 'nanobots') ay maaaring ilipat at iangat ang mga kargamento sa pinakamaliit na kaliskis para sa mga partikular na gawain sa katawan ng tao at sa gayon ay angkop para sa marami. nanorobotic mga aplikasyon. Ang laki ng naturang nanobot ay 1000 beses na mas maliit kaysa sa isang hibla ng buhok ng tao. Ang larangan ng nanorobotics na ito ay puno ng kaguluhan sa nakalipas na dalawang dekada at maraming mga eksperto ang nakatuon sa pagbuo ng mga nanoscale na istruktura batay sa DNA na maaaring itiklop ang kanilang mga sarili sa lahat ng uri ng mga hugis at sukat upang baguhin ang gamot lalo na ang therapy at paghahatid ng gamot.
Ang teknolohiya ng Nanorobot ay malawakang ginagamit na ngayon at binago na ang mga larangan tulad ng medical imaging, mga device, sensor, energy system at gayundin sa medisina. Sa medisina, ang nanobotshave ay may mga makabuluhang bentahe dahil hindi sila gumagawa ng anumang mapaminsalang aktibidad, walang posibleng side effect at napakaspesipiko kung saang site sa katawan sila ta-target at operahan. Maaaring mataas ang paunang halaga ng pagpapaunlad ng mga nanorobots ngunit ang pagmamanupaktura kapag ginawa sa pamamagitan ng kumbensyonal na paraan ng pagproseso ng batch ay nakakabawas sa gastos sa isang malaking lawak. Dagdag pa, ang maliit na sukat ng mga nanorobots ay ginagawang perpekto ang mga ito para sa pag-target ng bakterya at mga virus. Gayundin, ang isang maliit na nanorobot ay napakadaling maipasok sa katawan at madali itong lumutang sa dugo (ang sistema ng sirkulasyon) at tumutulong sa pag-detect ng mga problema at paggamot sa kanila. Ang mga Nanobot ay nakakuha ng maraming kahalagahan sa pananaliksik sa kanser dahil maaari silang maging isang walang sakit na alternatibo ng chemotherapy na kung hindi man ay napaka-stress at naglalagay ng malaking personal at pinansiyal na pasanin sa pasyente. Ang kemoterapiya ay hindi lamang malupit na paraan ng paggamot sa kanser, ngunit bukod sa pag-atake sa mga selula ng kanser, ang pamamaraan ay nag-iiwan ng ilang mga side effect sa buong katawan. Ngunit ang agham ay hindi nakatuklas ng anumang bagong alternatibo sa chemotherapy para sa paggamot sa nakamamatay na sakit na ito na tinatawag na cancer. May potensyal ang mga Nanobot na baguhin ang senaryo na ito sa mga darating na taon sa pamamagitan ng pagiging mas mahusay, mas matalino at naka-target na alternatibong pag-atake sa cancer.
Pag-target sa cancer
Sa kamakailang pag-aaral na ito, isang pakikipagtulungan sa pagitan ng Arizona State University, USA, at National Center para sa Nano agham at Teknolohiya ng Chinese Academy of Sciences, Beijing, ang mga mananaliksik ay matagumpay na nagdisenyo, nakagawa at maingat na kinokontrol ang mga automated na nanobots upang aktibong maghanap at tiyak na sirain ang mga cancerous na tumor sa loob ng katawan - habang hindi nakakapinsala sa alinman sa mga malulusog na selula. Nalampasan nila ang ilang mga hamon na sumasalot sa mga nano scientist sa loob ng mahigit dalawang dekada, sa pamamagitan ng pagdidisenyo at paggamit ng napakasimple at prangka na diskarte para hanapin at sirain ang tumor. Ang diskarte ay upang partikular na putulin ang supply ng dugo sa isang tumor cell sa pamamagitan ng pag-udyok sa coagulation ng dugo sa tumor cell gamit ang DNA-based na nanobots. Kaya, naisip nila ang isang bagay na tila simple - ilakip ang isang pangunahing blood-clotting enzyme (tinatawag na Thrombin) sa ibabaw ng flat, nanoscaled DNA origami nanobot. Isang average na apat na molekula ng Thrombin ang nakakabit sa patag na ibabaw ng DNA origami sheet na may sukat na 90nm by 60nm. Ang flat sheet na ito ay nakatiklop na parang isang sheet ng papel na ginagawang hulma ang mga nanobot sa hugis ng isang guwang na tubo. Ang mga nanobot na ito ay iniksyon sa isang mouse (na naudyok ng agresibong paglaki ng tumor), naglakbay sila sa buong daloy ng dugo na umaabot at nagbubuklod sa target nito - ang mga tumor. Kasunod nito, ang kargamento ng nanobot - enzyme Thrombin - ay naihahatid sa gayon ay humaharang sa daloy ng dugo ng tumor na humahantong. sa pamumuo ng dugo sa loob ng mga sisidlan na nagpapakain sa paglaki ng tumor, na nagdudulot ng pagkasira ng tissue ng tumor o pagkamatay ng cell. Ang buong prosesong ito, kawili-wiling nangyayari nang napakabilis at napapalibutan ng mga nanobot ang tumor sa loob ng ilang oras pagkatapos ng iniksyon. Ang katibayan ng advanced na trombosis, sa lahat ng mga selula ng tumor ay naobserbahan pagkatapos ng 36 na oras ng iniksyon.
Dagdag pa, pinangalagaan din ng mga may-akda ang pagsasama ng isang espesyal na kargamento sa ibabaw ng nanobot (tinatawag na DNA aptamer) na partikular na nagta-target ng isang protina, na tinatawag na nucleolin, na ginawa sa mataas na halaga lamang sa ibabaw ng mga selula ng tumor, kaya binabawasan ang ang mga pagkakataon ng mga nanobot na umatake sa malulusog na mga selula hanggang sa zero. Ang mga nanobot na ito ay hindi lamang nabawas at pumatay sa mga selula ng tumor ngunit napigilan din ang metastasis - pangalawang paglaki ng cancer sa isang malayong lugar.
Kaligtasan at pagiging epektibo
Idiniin ng mga may-akda na ang mga nanobot ay ligtas at immunologically inert para sa paggamit sa mga daga at maging sa mga baboy at ang paggamit ng mga nanobot ay hindi nagpakita ng mga pagbabago sa normal na coagulation ng dugo sa ibang lugar o istraktura ng cell o anumang breechinto sa utak. Kaya, ang mga ito ay itinalaga bilang ligtas at epektibo sa pag-target at pag-urong ng mga tumor nang walang anumang posibleng hindi gustong epekto. Karamihan sa mga nanobots ay nakita rin na nanghihina at umaalis sa katawan pagkatapos ng 24 na oras. Kahit na ang mga nanobot ay maaaring idinisenyo sa isang 'kumplikadong nanobots'modelo, na nauunawaan upang panatilihing mababa ang mga gastos habang ang ilang mga kopya ay ginawa at iba pang mga nanobots ay sariling-generated, ito ay malinaw na ang gayong diskarte ay dapat lamang ilapat sa mga espesyal na pangyayari. . Sa abot ng larangan ng medisina, kailangan ding magkaroon ng foolproof na kill-switch para maiwasan ang anumang matinding pangyayari. Kailangang gumawa ng mga regulasyon ang mga legal na awtoridad upang maiwasan ang anumang maling paggamit ng mga nanobot sa medisina, halimbawa mga nanobot na may armas. Ang lahat ng mga salik kapag tinitimbang, ang bisa ng nanobots ay nagdadala sa atin sa isang punto na hindi nila maaaring palampasin at ang pagtingin sa kanilang mga potensyal na nanobot ay magiging isang mahalagang bahagi ng gamot sa hinaharap.
Ang isang katulad na diskarte ay maaaring gamitin sa mga tao tulad ng ipinakita ng mga may-akda na ang sistemang ito ay sinubukan din sa isang pangunahing modelo ng kanser sa baga ng mouse - na ginagaya ang klinikal na kurso ng baga ng tao. kanser mga pasyente- at nagpakita ng pagbabalik ng tumor pagkatapos ng dalawang linggong paggamot. Gayundin, ang mga pag-aaral na ito ay isinagawa sa mga daga, at sa loob ng dalawang linggo ang isang katulad na maipapakitang epekto sa mga kanser sa suso, melanoma, ovarian at kanser sa baga ay nakita sa mga hayop. Ang pag-aaral, gayunpaman, ay kailangang gawin sa mga tao upang kumpirmahin ang pagiging totoo ng mga katulad na resulta at ang matatag na mga klinikal na pagsubok ay kailangang isagawa para makamit ang pareho.
Isang napakatalino at naka-target na paraan sa pag-atake ng cancer
Isa sa mga pangunahing hamon ng mga panterapeutika ng kanser ay ang maingat at wastong pag-iiba sa pagitan ng mga selula ng tumor ng kanser at ng mga normal at malusog na selula ng katawan. Ang kumbensyonal na diskarte sa pag-iwas at pagpatay sa mga selula ng tumor - chemotherapy at radiation therapy - ay nabigo na i-target ang mga selula ng tumor nang pili nang hindi nakikipag-ugnayan sa mga normal na selula ng katawan. Kaya, ang chemotherapy at radiation therapy ay may posibilidad na magdulot ng malubhang epekto, parehong menor de edad at malaki, kabilang ang pinsala sa organ na nagreresulta sa isang napakahinang paggamot ng kanser at sa gayon ay mababa ang mga rate ng kaligtasan ng buhay sa mga pasyente. Ang mga nanobot tulad ng mga inilarawan sa pag-aaral na ito ay unang-sa-uri nito sa mga mammal na napakalakas at epektibo sa pagtukoy ng mga selula ng tumor at pagpapaliit ng kanilang paglaki at paglaganap. Ang DNA robotic system na ito ay maaaring gamitin para sa tumpak at naka-target na cancer therapy para sa maraming uri ng cancer, dahil ang lahat ng solidong tumor na nagpapakain sa mga daluyan ng dugo ay halos pareho.
Ang pananaliksik na ito ay nagbigay daan para sa hinaharap na simulan ang pag-iisip at pagpaplano ng mga praktikal na solusyong medikal gamit ang mga pagsulong sa teknolohiya. Ang pangwakas na layunin ng pananaliksik sa kanser ay ang matagumpay na pagtanggal ng mga solidong tumor, na walang malubhang epekto at nabawasan ang metastasis. Sa pagtingin sa pag-aaral na ito, nakikita natin ang napakalaking pag-asa para sa hinaharap kung saan ang kasalukuyang diskarte na ito ay maaaring maging perpekto para sa pagtupad ng pangwakas na layunin upang harapin ang kanser. At hindi lamang kanser, ang diskarte na ito ay maaari ding mabuo bilang isang platform ng paghahatid ng gamot para sa paggamot ng maraming iba pang mga sakit dahil ang diskarte ay simpleng pagbabago sa istraktura ng mga nanobot at pagbabago ng mga load na cargos. Gayundin, ang mga nanobot ay makakatulong sa amin upang higit na maunawaan ang pagiging kumplikado ng katawan at utak ng tao. Makakatulong din ito sa pagsasagawa ng mga walang sakit at hindi invasive na operasyon, kahit na ang mga pinakakumplikado. Sa puntong ito, dahil sa kanilang laki, ang mga nanobot ay maaari ring mag-surf sa mga selula ng utak at makabuo ng lahat ng nauugnay na impormasyong kinakailangan para sa karagdagang pananaliksik. Sa hinaharap, sabihin nating dalawang dekada mula ngayon, ang isang solong iniksyon ng nanobot ay maaaring ganap na makapagpagaling ng mga sakit.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
Li S et al 2018. Gumagana ang DNA nanorobot bilang panterapeutika ng cancer bilang tugon sa isang molecular trigger sa vivo. Kalikasan Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
