Жақында жүргізілген зерттеуде зерттеушілер алғаш рет қатерлі ісікке арнайы бағытталған толық автономды нанороботикалық жүйені жасады.
Наномедицинадағы, нанотехнологияны медицинамен үйлестіретін саладағы үлкен ілгерілеуде зерттеушілер өте кішкентай, молекулалық нанобөлшектерді (10-9 м нанометрдің микроскопиялық масштабына жақын машина немесе роботтар) пайдалана отырып, терапиялық емдеудің жаңа жолдарын әзірледі. мақсат онкологиялық, жылы жарияланған бұл тамаша зерттеуде Табиғат биотехнологиясы.
ДНҚ оригами нанобот: сиқырлы тасымалдаушы
ДНК оригами - бұл ДНҚ наноөлшемді деңгейде бүктелген және ең кішкентай масштабта белсенді құрылымдарды құру үшін қолданылатын процесс (қағазды бүктеу өнеріндегі сияқты оригами). ДНҚ ақпараттың үлкен қоймасы болып табылады, сондықтан одан жасалған құрылымдар ақпарат тасымалдаушысы ретінде пайдаланылуы мүмкін. Осы мүмкіндікке сәйкес, бұл ДНҚ нанобөлшектері (немесе «ДНҚ нанороботтары» немесе «нанороботтар» немесе жай ғана «наноботтар») адам ағзасындағы нақты тапсырмалар үшін жүктерді ең кішкентай масштабта жылжытып, көтере алады, сондықтан көптеген адамдар үшін жарамды. наноробот қолданбалар. Мұндай наноботтың көлемі адамның бір тал шашынан 1000 есе кіші. Нанороботиканың бұл саласы соңғы екі онжылдықта толқуларға толы болды және көптеген сарапшылар медицинада, әсіресе терапияда және дәрі-дәрмек жеткізуде төңкеріс жасау үшін әртүрлі пішіндер мен өлшемдерге жинала алатын ДНҚ негізінде осындай наноөлшемді құрылымдарды дамытуға назар аударды.
Наноробот технологиясы қазір кеңінен қолданылуда және медициналық бейнелеу, құрылғылар, сенсорлар, энергетикалық жүйелер және медицина сияқты салаларда төңкеріс жасады. Медицинада наноботтар айтарлықтай артықшылықтарға ие, өйткені олар ешқандай зиянды әрекеттер тудырмайды, мүмкін болатын жанама әсерлері жоқ және олар дененің қай жерін нысанаға алып, операция жасайтыны өте нақты. Нанороботтарды әзірлеудің бастапқы құны жоғары болуы мүмкін, бірақ сериялық өңдеудің дәстүрлі әдісімен жасалған өндіріс шығындарды айтарлықтай төмендетеді. Әрі қарай, нанороботтардың шағын өлшемдері оларды бактериялар мен вирустарды нысанаға алу үшін тамаша етеді. Сондай-ақ, кішкентай нанороботты денеге өте оңай енгізуге болады және ол қан (қан айналымы жүйесі) арқылы оңай жүзеді және проблемаларды анықтауға және оларды емдеуге көмектеседі. Наноботтар онкологиялық зерттеулерде үлкен маңызға ие болды, өйткені олар химиотерапияның ауыртпалықсыз баламасы бола алады, ол әйтпесе өте стрессті және пациентке үлкен жеке және қаржылық жүктемені түсіреді. Химиотерапия қатерлі ісік ауруын емдеудің қатал әдісі ғана емес, сонымен қатар рак клеткаларына шабуыл жасаудан басқа, процедура бүкіл денеде бірнеше жанама әсерлерді қалдырады. Дегенмен, ғылым қатерлі ісік деп аталатын өмірге қауіп төндіретін ауруды емдеу үшін химиотерапияға жаңа балама таба алмады. Наноботтар қатерлі ісікке қарсы тиімдірек, ақылдырақ және мақсатты балама бола отырып, алдағы жылдарда осы сценарийді өзгертуге мүмкіндігі бар.
Қатерлі ісікке бағытталған
Жақында жүргізілген зерттеуде Аризона мемлекеттік университеті, АҚШ пен Ұлттық орталық арасындағы ынтымақтастық Nano Қытай ғылым академиясының ғылымы мен технологиясы, Пекин, зерттеушілер сау жасушалардың ешқайсысына зиян келтірмей, дене ішіндегі қатерлі ісіктерді белсенді түрде іздеу және дәл жою үшін автоматтандырылған наноботтарды сәтті жобалады, құрастырды және мұқият басқарды. Олар ісіктерді іздеу және жою үшін өте қарапайым және қарапайым стратегияны құрастыру және қолдану арқылы нано ғалымдарды жиырма жылдан астам уақыт бойы мазалаған бірнеше қиындықтарды жеңді. Стратегия ДНҚ негізіндегі наноботтардың көмегімен ісік жасушасына қанның коагуляциясын индукциялау арқылы ісік жасушасындағы қанмен қамтамасыз етуді арнайы түрде тоқтату болды. Осылайша, олар қарапайым болып көрінетін нәрсені ойлады - тегіс, наноөлшемді ДНҚ оригами наноботының бетіне қан ұюының негізгі ферментін (тромбин деп аталады) бекітіңіз. Тромбиннің орташа төрт молекуласы оның тегіс бетіне бекітілді ДНК оригами парағы өлшемі 90 нм x 60 нм. Бұл жалпақ парақ қағаз парағы сияқты бүктелген, наноботтарды қуыс түтік пішініне айналдырған. Бұл наноботтар тінтуірге (ісіктің агрессивті өсуінен туындаған) енгізілді, олар қан ағымын айналып өтіп, оның мақсаты – ісіктерге жетеді. Кейіннен наноботтың жүктері – Тромбин ферменті жеткізіледі, осылайша ісіктің қан ағымын блоктайды. ісік тінінің бұзылуын немесе жасуша өлімін тудыратын ісік өсуін тамақтандыратын тамырлардағы қанның ұюына. Бұл бүкіл процесс өте жылдам жүреді және наноботтар инъекциядан кейін бірнеше сағат ішінде ісікті қоршайды. Жетілдірілген тромбоздың дәлелі, барлық ісік жасушаларында инъекциядан кейін 36 сағаттан кейін байқалды.
Әрі қарай, авторлар наноботтың (ДНҚ аптамері деп аталады) бетіне арнайы пайдалы жүктемені қосу туралы қамқорлық жасады, ол нуклеолин деп аталатын ақуызға арнайы бағытталған, ол ісік жасушаларының бетінде ғана жоғары мөлшерде жасалады, осылайша наноботтардың сау жасушаларға шабуыл жасау мүмкіндігі нөлге дейін. Бұл наноботтар ісік жасушаларын азайтып, өлтіріп қана қоймай, сонымен қатар метастаздың – алыс жерде қайталама қатерлі ісік өсуінің алдын алды.
Қауіпсіздік және тиімділік
Авторлар наноботтардың тышқандарда және тіпті шошқаларда пайдалану үшін қауіпсіз және иммунологиялық инертті екенін және наноботтарды пайдалану басқа жерлерде қалыпты қан коагуляциясында немесе жасуша құрылымында немесе мидың кез келген бричинтосында ешқандай өзгерістер болмағанын атап өтеді. Осылайша, олар кез келген жағымсыз жанама әсерлерсіз ісіктерді азайту және азайту үшін қауіпсіз және тиімді деп белгіленді. Наноботтардың көпшілігі 24 сағаттан кейін денені нашарлатып, тазарып жатқаны байқалды. Наноботтарды «қайталанатын наноботтар» үлгісінде жасауға болатынына қарамастан, бұл бірнеше көшірме жасалатындықтан және басқа наноботтар өздігінен жасалғандықтан, шығындарды азайтуға түсінікті, мұндай тәсіл ерекше жағдайларда ғана қолданылуы керек екені анық. . Медицина саласына келетін болсақ, кез келген экстремалды жағдайларды болдыртпау үшін мінсіз өлтіру қосқышы да болуы керек. Заңды органдар медицинада наноботтарды, мысалы, қаруланған наноботтарды теріс пайдаланбау үшін ережелерді әзірлеуі керек. Барлық факторларды өлшегенде, наноботтардың тиімділігі бізді оларды назардан тыс қалдыруға болмайтын деңгейге әкеледі және олардың әлеуетті наноботтарына қарау болашақта медицинаның маңызды құрамдас бөлігі болады.
Осыған ұқсас тәсілді адамдарда да қолдануға болады, өйткені авторлар бұл жүйе тінтуірдің өкпе ісігінің негізгі үлгісінде де сыналғанын көрсетті – бұл өкпенің адамның клиникалық ағымына ұқсайды. онкологиялық пациенттер- және екі апталық емнен кейін ісіктің регрессиясын көрсетті. Сондай-ақ, бұл зерттеулер тышқандарда жүргізілді және екі апта ішінде сүт безі обыры, меланома, аналық без және өкпе ісігіне ұқсас әсер жануарларда байқалды. Дегенмен, ұқсас нәтижелердің орындылығын растау үшін зерттеу адамдарда жасалуы керек және оған қол жеткізу үшін сенімді клиникалық сынақтар жүргізілуі керек.
Қатерлі ісікке қарсы күресудің өте ақылды және мақсатты әдісі
Қатерлі ісік терапиясының негізгі мәселелерінің бірі - ісік жасушалары мен қалыпты, сау дене жасушаларын мұқият және дұрыс ажырату. Ісік жасушаларын жоюға және жоюға арналған дәстүрлі әдіс - химиотерапия және радиациялық терапия - қалыпты дене жасушаларымен әрекеттесусіз ісік жасушаларын таңдаулы түрде нысанаға алмайды. Осылайша, химиотерапия, сондай-ақ сәулелік терапия ауыр жанама әсерлерді тудырады, соның ішінде онкологиялық ауруларды емдеудің өте нашарлауына және осылайша пациенттер арасында өмір сүру деңгейінің төмен болуына әкелетін органның зақымдалуын қоса алғанда, кішігірім және үлкен жанама әсерлер. Осы зерттеуде сипатталғандар сияқты наноботтар ісік жасушаларын анықтауда және олардың өсуі мен көбеюін азайтуда өте күшті және тиімді болып табылатын сүтқоректілерде бірінші болып табылады. Бұл ДНҚ роботтық жүйесі қатерлі ісіктің көптеген түрлері үшін нақты және мақсатты қатерлі ісік терапиясы үшін пайдаланылуы мүмкін, өйткені барлық қатты ісіктерді қоректендіретін қан тамырлары бірдей.
Бұл зерттеу болашаққа технологиялық жетістіктерді пайдалана отырып практикалық медициналық шешімдерді ойлауға және жоспарлауға жол ашты. Қатерлі ісіктерді зерттеудің түпкілікті мақсаты ауыр жанама әсерлерсіз және метастаздарды азайтусыз қатты ісіктерді сәтті жою болып табылады. Осы зерттеуге қарап, біз болашаққа деген үлкен үмітті көреміз, онда бұл стратегия қатерлі ісікпен күресудің түпкілікті мақсатына жету үшін өте қолайлы болуы мүмкін. Қатерлі ісік ауруы ғана емес, бұл стратегияны көптеген басқа ауруларды емдеуге арналған дәрі-дәрмек жеткізу платформасы ретінде де әзірлеуге болады, өйткені бұл тәсіл наноботтардың құрылымын өзгерту және жүктелген жүктерді өзгерту болады. Сондай-ақ, наноботтар адам денесі мен миының күрделілігін одан әрі түсінуге көмектеседі. Бұл сондай-ақ ауыртпалықсыз және инвазивті емес операцияларды, тіпті ең күрделілерін де жасауға көмектеседі. Гипотетикалық тұрғыдан алғанда, қазіргі уақытта наноботтар өздерінің өлшемдерінің арқасында ми жасушаларын шарлап, әрі қарай зерттеу үшін қажетті барлық қатысты ақпаратты жасай алады. Болашақта, жиырма жылдан кейін делік, наноботтың бір рет инъекциясы ауруларды толығымен емдей алады.
***
Дерек көздері
Li S et al 2018. ДНҚ нанороботы in vivo молекулалық триггерге жауап ретінде қатерлі ісік терапиясы ретінде жұмыс істейді. Табиғат биотехнологиясы. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
***
