DNA Origami Nanobots Döda tumörer i banbrytande studie

Nästan 1,7 miljoner nya fall av cancer upptäcks i Förenta staterna varje år, och varje år kräkar cancer nästan 600 000 liv i USA ensam, vilket gör den till den ledande dödsorsaken nationellt. Behandling är ibland värre än sjukdomen, eftersom invasiva operationer kan vara traumatiska och kemoterapi kan orsaka off-mål-effekter som orsakar kaos på hela kroppen. Men en ny teknik som beskrivs i Naturbioteknik, som använder nanorobots - bokstavligen mikroskopiska robotar - att specifikt rikta sig mot tumörer och avbryta blodtillförseln har potential att förändra behandlingen för alltid.

I papperet, som publicerades i februari, visade ett internationellt team av forskare effektiviteten att använda DNA nanorobots för att attackera tumörer hos möss och grisar med cancer. Dessa nanometerstora robotar är gjorda av DNA som utvecklar sig på exakt rätt tid och plats för att leverera ett läkemedel till endast det exakta målet i kroppen. DNA, veckade upp som ett origami-paket, höll trombinmolekyler, ett enzym som gör blodpropp.

För att testa om det här nya läkemedelsleveranssystemet fungerar fungerar teamet av forskare från Arizona State University och National Center for Nanoscience and Technology av den kinesiska vetenskapsakademin nanorobotsna in i blodströmmarna hos möss med tumörer. De fann att behandlingen effektivt riktade tumörer, stoppade tillväxten och till och med initierade tumördöd.

Att stoppa tumörtillväxt räcker inte för att bevisa att läkemedlet fungerar, men det måste också vara säkert. Så injicerade forskarna även nanorobotten i blodströmmarna av Bama miniatyrgrisar, som har visat sig vara bra modeller för att testa preliminär drogsäkerhet för människor. Ett stort bekymmer med nanorobots är att de kunde komma in i hjärnan och orsaka stroke, men det hände inte med de testade djuren.

Nanorobots precision, vilket gör deras potential för säker cancerbehandling så stor, beror på deras noggrant utformade struktur. Läkemedelshanteringspaketet består av DNA-ark, som mäter 60 med 90 nanometer, som omsluter trombinmolekyler. På utsidan av de vikta arken är molekyler som nollar i på nukleolin, ett protein som är närvarande i fodret av blodkärl i samband med växande tumörer.

Dessa molekyler, som kallas aptamerer, riktar sig båda till rätt plats för att leverera droger och Öppna faktiskt DNA-arket upp för att exponera trombinet när nanoroboten finner rätt plats. I teorin, när trombinet släpps, klumpar det blodet in i tumören och svälter därmed det syre som det behöver växa. Denna metod, som väsentligen stränglar tumören, påminner om klassen av cancermedicin som kallas angiogenesinhibitorer, vilket hjälper till att hämma tillväxten av blodkärl som matar tumörer.

Dessa nanorobotter visar stort löfte, men de är inte färdiga för människor ännu. För att komma dit söker forskarna ut kliniska partners för att vidareutveckla denna behandlingsväg. Men det faktum att det verkar fungera hos möss och grisar gör det troligt att nanorobots som dessa kommer att finnas tillgängliga som cancerbehandlingar inom våra livstider.

Abstrakt: Nanoscale robotar har potential som intelligenta läkemedelsleveranssystem som svarar mot molekylära triggers. Genom att använda DNA-origami konstruerade vi en autonom DNA-robot som programmerades för att transportera nyttolast och presenterar dem specifikt i tumörer. Vår nanorobot är funktionaliserad på utsidan med en DNA-aptamer som binder nukleolin, ett protein som uttryckligen uttrycks på tumörassocierade endotelceller och blodkoagulationsproteastrombin i dess inre hålrum. Den nukleolin-riktade aptamer tjänar både som en målningsdomän och som en molekylär utlösare för den mekaniska öppningen av DNA-nanoroboten. Trombinet inuti är således exponerat och aktiverar koagulering vid tumörstället. Med användning av tumörbärande musmodeller demonstrerar vi att intravenöst injicerade DNA-nanorobotter levererar trombin specifikt till tumörrelaterade blodkärl och inducerar intravaskulär trombos, vilket resulterar i tumörnekros och inhibering av tumörtillväxt. Nanoroboten visade sig vara säker och immunologiskt inert hos mus och Bama miniatyrgrisar. Våra data visar att DNA nanorobots representerar en lovande strategi för exakt läkemedelsleverans i cancerterapi.