Ще станат ли лечими онкозаболяванията с помощта на революционния прогрес в наномедицината?

Революционен прогрес в наномедицината направиха учени от Аризонския университет (ASU), в сътрудничество с изследователи от Националния център за нанонауки и технологии (NCNST) на Китайската академия на науките, като успешно програмираха нанороботи, които могат да унищожават тумори чрез прекъсване на кръвоснабдяването им.

„Ние създадохме първата изцяло автономна, ДНК роботизирана система за една изключително прецизна лекарствена конструкция и таргетирана ракова терапия,” казва Хао Ян (Hao Yan), директор на Центъра по молекулярен дизайн и биомиметика към ASU (на малката снимка). „Освен това, тази технология представлява стратегия, която може да бъде ползвана при много видове рак, тъй като всички кръвоносни съдове, захранващи туморите, в основата си са еднакви.”
Успешната демонстрация на технологията – първото по рода си изследване върху бозайници, ползващо миши модели на рак на гърдата, меланома, рак на яйчника и на белия дроб – е публикувано в списание Nature Biotechnology.


Търси и унищожи
Ян е експерт в областта на ДНК оригамите (техника за модификация на ДНК, която позволява наномащабно сгъване на ДНК в непроизволна дву- или триизмерна наноформа – б.пр.), които в последните две десетилетия развиват производство на атомно ниво на все по-сложни структури.
„Тухлите” за построяване на тези структури идват от ДНК, която може да се самонагъва във всякакви форми и размери (в размер хиляда пъти по-малък от диаметъра на човешки косъм), надявайки се, един ден, това да революционизира изчислителната техника, електрониката и медицината. И този ден, може би, ще дойде по-скоро, отколкото се очаква.
Наномедицината е нов клон в медицината, която се стреми да съчетае потенциалите на нанотехнологията в откриването на изцяло нови възможности за лечение, както напр. при изработването на микроскопични, с размерите на молекула, наночастици, за диагностика и лечение на тежки заболявания, най-вече рак.
Досега, предизвикателството за учените пред напредъка на наномедицината беше в проектирането, построяването и точния контрол на нанороботи, които активно да търсят и унищожават канцерогенни тумори, без да наранят здрави клетки.
Международният изследователски екип преодолява този проблем като ползва на пръв поглед проста стратегия за селективно търсене и унищожаване на тумора чрез прекъсване на захранването му.
Тази работа е била инициирана преди пет години. Учените от NCNST са искали първо да прекъснат туморното кръвоснабдяване, причинявайки кръвосъсирване с висока терапевтична ефикасност и профил на безопасност в множество солидни тумори, чрез основани на ДНК наноносители. Експертните умения на проф. Хао Ян му помагат да подобри наномедицинското устройство, превръщайки го в една изцяло програмируема роботна система, която успява да изпълни мисията си сама.
„Тези нанороботи могат да бъдат програмирани да пренасят молекулярни товари и да причинят на място блокиране на туморното кръвоснабдяване, което може да доведе то тъканна смърт и свиване на тумора,” казва Баугуан Динг (Baoquan Ding), професор в NCNST, Пекин.

Снимка: Jason Drees, Arizona State University

Нанороботи-спасители
За да представят проучването си, учените са се възползвали от добре познатия миши туморен модел, при който човешки ракови клетки се инжектират в мишки, за да се индуцира агресивен туморен растеж.
След като туморът започва да расте, нанороботите се изпращат на „фронтовата линия”.
Всеки наноробот е изработен от плоска, правоъгълна ДНК оригами повърхност, 90 на 60 нанометра. Ключовият ензим, който съсирва кръвта – тромбин, е закрепен на повърхността.
Тромбинът може да спре кръвния поток на тумора като съсири кръвта в съдовете, които му помагат да расте. Така той причинява един вид мини инфаркт, което, от своя страна, води до смъртта на туморната тъкан.
Първо се прикрепят средно четири молекули тромбин за плоското ДНК „скеле”. След това, плоската конструкция се сгъва на руло. Накрая се инжектира интравенозно в мишки, докато пътувайки в кръвния поток, нанороботите не се заселят в туморите.
Ключът към програмирането на наноробот, който да атакува само ракови клетки, е бил в добавянето на специален товар на повърхността му, наречен ДНК аптамер. ДНК аптамерът се насочва специално към протеина нуклеолин, който се произвежда във високи количества само върху повърхността на туморните ендотелни клетки и не се намира върху повърхността на здравите клетки.
Веднъж, стигнал повърхността на кръвоносния съд на тумора, нанороботът е програмиран, като прословутия Троянски кон, да „разтовари” неочакваното си лекарствено карго в самото сърце на тумора, освобождавайки ензима тромбин - ключът към кръвното съсирване.
Нанороботите работят бързо, натрупвайки се около тумора, само часове след тяхното инжектиране.


Безопасно и надеждно устройство
Първото и най—важно, което екипът демонстрира, е че нанороботите са били безопасни и ефективни в свиването на тумора.
„Нанороботът се доказа като безопасен и не предизвиква имунологична реакция при мишка и домашна свиня, като не показа никакви забележими промени в нормалната кръвна коагулация или клетъчна морфология,” казва Юлианг Цао (Yuliang Zhao), също професор в NCNST и водещ учен на международния екип.
Другото важно е, че няма данни нанороботите да се разпространяват в мозъка, където биха могли да предизвикат нежелани странични ефекти като инсулт.
„Нанороботите са определено безопасни за нормалната тъкан на мишките и едрите животни,” казва Гуанджун Ние (Guangjun Nie), също професор от NCNST и водещ член на международния екип.
Терапията прекратява кръвоснабдяването на тумора и причинява увреда на туморната тъкан до 24 часа, докато върху здравата тъкан няма никакъв ефект. 24 часа след атаката върху тумора, по-голямата част от нанороботите са били разградени и изчистени от тялото. До два дни след началото на терапията, данните са показали напреднала тромбоза, а на третия ден – тромби във всички туморни кръвоносни съдове .
В мишия модел на меланома, при 3 от 8 мишки е постигнат пълен регрес на туморите. Средната продължителност на преживяемост се е увеличила повече от два пъти – от 20.5 на 45 дни. Проби са правени и върху миши модел с първичен рак на белия дроб, който имитира клиничното развитие при пациенти с такъв рак. Те показват свиване на туморната тъкан след двуседмична терапия.


Малките в науката са огромни
Според Хао Ян, това изследване е довело до края на началото на наномедицината.
„ДНК нанороботите, пренасящи тромбин, представляват огромен напредък в приложението на ДНК нанотехнологиите за противоракова терапия,” казва.Ян. „В мишия меланомен модел, нанороботът не само атакува първичния тумор, но предотвратява също формирането на метастази.”
Ян и неговите сътрудници сега активно търсят клиничи партньори за по-нататъшно развитие на тази технология.
"Аз смятам, че сме много по-близо до реалните, практически медицински приложения на технологията,” казва Ян. „Комбинацията на разнообразно рационално проектирани нанороботи, носещи различни агенти, може да помогне за постигането на крайната цел при раковите проучвания, а именно: унищожаването на солидните тумори и кръвоснабдени метастази. Още повече, настоящата стратегия може да се разработи и като платформа, пренасяща лекарства за третиране на други болести чрез модификациране геометрията на наноструктурите, целевите групи и заредения върху тях товар.”

Превод: Анелия Николова

Този сайт използва бисквитки (cookies)
Прочети повече