Автор: Айбулова Диана
Редактор: Айбулова Диана
Наномедицина – перспективная молодая отрасль в области медицины, открывающая широкие возможности для диагностики, лечения и профилактики тяжелых заболеваний путем запуска в кровеносное русло и тканевые элементы наночастицы, размером с молекулы, своего рода нанороботы, участвующие в переносе желаемых микроэлементов.
До сих пор проблема продвижения наномедицины была затруднена, так как остро стоял вопрос разработки, построения и тщательного мониторинга нанороботов для прицельного поиска и уничтожения раковых клеток и тканей, не нанося ущерба здоровым клеткам.
Одним из глобальных проектов в области наномедицины на настоящий момент является первая, полностью автономная роботизированная система ДНК для очень точного воздействия лекарств и целенаправленной терапии рака. Эта технология является стратегией, которая может быть использована для борьбы со многими видами рака. 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. Хао Янь, директор Центра молекулярного дизайна и биомиметики Института биотехнологии ASU Bioesign, и профессор Милтон Глик из Школы молекулярных наук – главные основатели проекта. Успешная демонстрация технологии была проведена у млекопитающих с использованием моделей рака молочной железы, яичников, легких и меланомы, и была опубликована в журнале «Nature Biotechnology».
Хао Янь является экспертом в области ДНК-оригами, которая в последние два десятилетия существенно продвинулась в построения все более сложных структур наномасштаба, в тысячу раз меньшем, чем ширина человеческого волоса. Технология дает надежду на революцию в медицине. Идея создания проекта была основана на простой стратегии - избирательно искать и изолировать опухоли.
Эта работа была начата около 5 лет назад. Исследователи NCNST изначально намеревались отключать кровоснабжение опухоли, вызывая 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. 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. Платформой для успешного проведения исследования стала известная модель доброкачественной опухоли мышей: раковые клетки вводились в организм мыши для агрессивного роста опухоли. После созревания опухоли развертывалась группа наноботов для отсечения раковой ткани от кровеносного русла.
Каждый наноробот выполнен из плоского, прямоугольного листа ДНК-оригами, размером 90 * 60 нанометров. К поверхности прикрепляется ключевой кровянистый фермент, называемый тромбином. 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 специальное вещество на его 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 «троянский конь», чтобы доставить свой груз к опухоли, обнажая фермент под названием тромбин, который является ключом к свертыванию крови.
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.
