انسداد الأوعية الدموية ونخر الأنسجة السرطانية في غضون 72 ساعة بعد إدخال الروبوتات DNA في الدورة الدموية للفأرأثبتت جزيئات الحمض النووي أنها أساس ممتاز لتصميم وبناء الأجهزة الجزيئية الميكانيكية التي يمكنها الاستجابة للإشارات الخارجية - وتنفيذ إجراءات معينة اعتمادًا عليها. في السنوات الأخيرة ، أجرى العلماء تجارب ناجحة مع روبوتات الحمض النووي كمركبات ومسابير للتصوير. أجريت التجارب في وسط مستنبت من الخلايا النامية على الحشرات والديدان الخيطية
Caenorhabditis elegans . ولكن حتى الآن ، لم يتم إجراء تجارب على توصيل الأدوية المستهدفة على الثدييات.
في الوقت نفسه ،
من 2003-2005 ،
من المعروف أن استراتيجية علاج السرطان الناجحة هي الانسداد الانتقائي للأوعية الدموية للورم من أجل حرمانه من المغذيات والأكسجين - وإطلاق موجة من موت الخلايا السرطانية. الروبوتات DNA مثالية لهذه المهمة. علاوة على ذلك ، تعمل هذه الاستراتيجية القياسية مع العديد من أنواع السرطان ، لأن الأوعية الدموية التي تغذي الخلايا السرطانية للورم الصلب هي نفسها بشكل أساسي.
أجرى فريق من العلماء الصينيين أولاً
مثل هذه التجربة على الثدييات (الفئران). قاموا ببناء الروبوتات باستخدام طريقة اوريغامي DNA وتحميلها بجزيئات الثرومبين. هذا هو البروتياز سيرين ، وهو أهم عنصر في نظام تجلط الدم لدى البشر والحيوانات. ينظم الثرومبين تراكم الصفائح الدموية عن طريق تنشيط الصفائح الدموية وتحويل الفيبرينوجين المتداول إلى الفيبرين ، مما يتسبب في انسداد سريع للأوعية الدموية (تجلط الدم).
تصميم ووصف روبوت النانو مع الثرومبين. يتفاعل الحمض النووي للأوريجامي مع النوكولين ويتكشف في ورقة مستطيلة. تمتلئ جزيئات الثرومبين ، وتدحرج في أنبوب ، وعند إغلاقها ، يتم تحريرها من خلال الأوعية الدموية. عند وصوله إلى موقع الانسداد ، يتفاعل الروبوت مع النوكولين ، ويفتح ويطلق جزيئات الثرومبين (البقع الساطعة في الصورة أدناه ، المأخوذة بواسطة مجهر القوة الذرية ، علامة المقياس تتوافق مع 100 نانومتر)من أجل الاستخدام الفعال لهذه الطريقة ، فإن التسليم الدقيق للثرومبين إلى الموقع المطلوب وسد وعاء معين أمر بالغ الأهمية لتقليل الضرر المحتمل للسفن الأخرى حيث لا يكون الانسداد مطلوبًا. لم يكن من الممكن تحقيق ذلك بالطرق التقليدية ، لذلك لم يتم استخدام الثرومبين النقي في علاج السرطان من قبل. تمكن الأطباء الصينيون من حل المشكلة بنجاح بمساعدة الروبوتات DNA. تحمي هذه الروبوتات الثرومبين ولا تطلقه حتى تلتقي في طريقها علامة مميزة للورم السرطاني - النوكولين. عند مقابلته ، تفتح الروبوتات على الفور وتطلق "علاج".
تسمح لك طريقة DNA origami بإنشاء تصميم وإنتاج عقلاني للبنى النانوية بالحجم والشكل والوظيفة المطلوبة. أجرى العلماء تجربة على فأرة حية مع سرطان الثدي البشري - وأثبتوا فعالية مثل هذه الروبوتات في الاستخدام الحقيقي. نجحت الروبوتات في سد أحد الأوعية الدموية التي تغذي الورم ولم تلمس الأوعية الأخرى.
لإثبات أن الروبوتات لا تضر حتى الثدييات الأكبر ، تم إجراء تجارب إضافية على الخنازير المنزلية القزمة (الخنازير الصغيرة) ، والتي تشبه إلى حد كبير البشر في علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء. تم حقن الخنازير بروبوتات DNA بجرعة علاجية قياسية للماوس (150 وحدة لكل خنزير). بما أن الخنازير لم يكن لديها ورم ، فإن الروبوتات تداولت بحرية في الأوعية ولم تعمل. لم يلاحظ أي شذوذ في الدورة الدموية ومعلمات تخثر الدم. لوحظت بعض التشوهات مع جرعات متزايدة إلى 350 وحدة ، ولكن تبين أنها مؤقتة ولم يحدث تجلط في الأعضاء الحيوية.
خنزير قزم المحليةكما هو موضح في الرسم التوضيحي أعلاه ، فإن nanorobot عبارة عن أنبوب نانوي تم تجميعه ذاتيًا مع العديد من العناصر الوظيفية. تتكشف في ورقة مستطيلة قياس 90 × 60 × 2 نانومتر.
يتكون الروبوت من الحمض النووي الجيني للجراثيم M13. هذا فيروس يصيب
بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli). الحمض النووي لهذا الفيروس هو أداة شعبية لبناء مختلف الهياكل النانوية. في السابق ، تم إجراء تجارب مع أنواع مختلفة من هذه الروبوتات القادرة على حمل حمولة من البروتينات المختلفة. على سبيل المثال ، يتم استخدامها في
عملية تجميع الأسلاك النانوية من أكسيد الكوبالت في البطاريات ، وكذلك
لتعبئة الأنابيب النانوية الكربونية في حزم كثيفة ، والتي تستخدم في الخلايا الكهروضوئية .
على الرغم من أن التجارب البشرية لم تأت بعد ، إلا أن بعض الخبراء يعتبرون أن طريقة علاج السرطان الجديدة بشكل أساسي هي انفراج حقيقي. يبدو التدمير الانتقائي للأورام السرطانية أكثر واعدة بكثير من العلاج الكيميائي "البربري" الذي يدمر جميع الخلايا على التوالي. إذا كان الدواء يعمل بشكل انتقائي فقط على الأورام وغير ضار لشخص سليم ، فمن الناحية النظرية يمكن لأي شخص أن يأخذ مثل هذه "الحقن" مع روبوتات الحمض النووي كوقاية. لديه نوع من الورم السرطاني - الدواء سيقتلها ، إذا لم يكن هناك ورم - لن يحدث شيء.
تم
نشر المقال العلمي في 12 يناير 2018 في مجلة
Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.4071 ،
pdf ).