Nanoroboții, creați pentru a distruge tumorile canceroase

În plina dezvoltare a nanomedicinei, oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Arizona, în colaborare cu cercetătorii de la Centrul Național pentru Nanoștiință și Tehnologie din cadrul Academiei Chineze de Științe au reușit să realizeze cu succes nanoroboți setați pe micșorarea tumorilor prin reducerea aportului de sânge din ele.  

“Am dezvoltat primul sistem complet autonom de ADN robotic pentru designul foarte precis al medicamentului și al terapiei orientate spre cancer”, au declarat directorul Centrului ASU pentru Biodesign al Institutului pentru Proiectare Moleculară și Biomimetică, Hao Yan, și Profesorul Milton Glick din cadrul Școlii de Știință Moleculară.

“Mai mult, această tehnologie reprezintă o strategie ce poate fi folosită pentru multe tipuri de cancer deoarece toate vasele de sânge care hrănesc tumorile solide sunt, în esență, aceleași.”, a adăugat Yan.

Demonstrația de succes a tehnologiei- primul studiu efectuat la mamifere care utilizează modele de cancer de sân, melanom, cancer ovarian și cancer pulmonary- a fost publicată în revista Nature Biotehnology .

Nanorobotul caută și distruge tumoarea

Expert în structura ADN-ului, în ultimele două decenii, Yan a dezvoltat producția la scară atomică pentru a construi din ce în ce mai multe structuri complexe. Bucățile utile pentru construirea propriilor structuri provin din ADN și se pot desprinde în tot felul de forme și mărimi, toate la o scară de o mie de ori mai mică decât lățimea părului uman. Totul în speranța că nanomedicina va revoluționa într-o zi computerele, electronica și medicina.

Nanomedicina este o ramură nouă a medicinei propriu-zise care încearcă să combine promisiunea nanotehnologiei de a deschide noi căi de tratament, cum ar fi realizarea nanoparticulelor minuscule, de dimensiuni moleculare, specifice diagnosticării și tratării bolilor dificile, în special a cancerului.

Până acum, provocarea dezvoltării nanomedicinei a fost dificilă deoarece oamenii de știință au vrut să proiecteze, să construiască și să controleze cu mare atenție nanoroboții pentru a căuta într-un mod activ și pentru a distruge tumorile canceroase, nedăunând celulelor sănătoase.

Echipa internațională de cercetători a trecut peste această problemă folosind o strategie aparent simplă de a căuta selectiv și de a distruge o tumoare. Cercetătorii NCNST au dorit, mai întâi, să taie în mod specific alimentarea cu sânge a tumorii prin coagularea sângelui, utilizând nanopurtători pe bază de ADN. Cu ajutorul experienței sale, Prof. Hao Yan a îmbunătățit designul nanomedicinei și a creat un sistem robotic complet programabil, capabil să-și îndeplinească misiunea în întregime pe cont propriu.

“Acești nanoroboți pot fi programați să transporte sarcini moleculare utile și să provoace blocarea aprovizionării cu sânge a locului infectat, lucru care duce la moartea țesuturilor canceroase și la reducerea tumorii”, a declarat profesorul NCNST, Baoquan Ding.

Nanoroboții, meniți să salveze oamenii de cancer

Pentru a efectua studiul, oamenii de știință au profitat de un binecunoscut model de tumoare întâlnit la șoareci. Model în care celulele canceroase umane sunt injectate într-un șoarece pentru a induce creșterea agresivă a tumorii. Practic, odată ce tumoarea creștea, nanoroboții erau trimiși pentru salvare.

Fiecare nanorobot este fabricat dintr-o folie dreptunghiulară de ADN cu dimensiunea de 90/60 nanometri, având atașată la suprafață o enzimă cheie de coagulare a sângelui numită trombină. Aceasta poate bloca fluxul sanguin al tumorii prin coagularea sângelui în interiorul vaselor care hrănesc tumoarea, provocând un fel de mini atac de cord al tumorii și conducând, astfel, la moartea țesutului tumoral.

La început, patru molecule de trombină sunt atașate unui schelet plat al ADN-ului, pliat apoi astfel încât să formeze un tub. Odată injectate în șoarece, trombinele călătoresc prin întregul flux sanguin până ajung în tumoare. Legate de suprafața vaselor de sânge ale tumorii, nanorobotul cu trombină este programat să livreze cantitatea de medicamente fix în inima tumorii, specială pentru coagularea sângelui. Nanorobotul lucrează rapid, multiplicându-se în număr mare pentru a înconjura imediat tumoarea, la doar câteva ore după injectare.

“Nanorobotul s-a dovedit a fi sigur și imunologic inert în cazul utilizării pe șoareci normali, dar și pe porcii în miniature Bama care nu prezintă schimbări detectabile în coagularea normală a sângelui sau în morfologia celulară.”, a declarat profesorul NCNST și omul de știință în echipa internațională de colaborare, Yuliang Zhao.

Potrivit specialiștilor, cel mai important lucru este că nu există nicio dovodă a faptului că nanorobotul se răspândește în creier unde ar putea provoca efecte secundare nedorite precum accidentul vascular cerebral.

"Nanoroboții sunt în siguranță în țesuturile normale ale șoarecilor și ale animalelor mari", a declarat un alt profesor NCNST și membru cheie al echipei colaborative, Guangjun Nie.

Tratamentul a blocat aportul de sânge tumoral și a generat leziuni ale țesutului tumorii respective în decurs de 24 de ore, fără a avea vreun efect negativ asupra țesuturilor sănătoase. După atacarea tumorilor, majoritatea nanoroboților au fost eliminați și degradați din organism după 24 de ore.

“Nanorobotul pe bază de ADN care livrează trombinele constituie un progres major în aplicarea nanotehnologiei ADN-ului pentru terapia cancerului. Combinațiile de diferiți nanoroboți concepuți rațional care transportă diverși agenți pot ajuta la realizarea scopului final al cercetării în domeniul cancerului: eradicarea tumorilor solide și metastazelor vasculare. În plus, strategia actuală poate fi dezvoltată ca o platformă de livrare a medicamentelor pentru tratamentul altor boli prin modificarea geometriei nanostructurilor, a grupurilor de direcționare și a cantităților încărcate.", a mai spus Yan.