Los robots de ADN viral se han programado para bloquear los vasos sanguíneos humanos y matar tumores cancerosos.

Bloqueo de un vaso sanguíneo y necrosis de tejido canceroso dentro de las 72 horas posteriores a la introducción de robots de ADN en el sistema circulatorio del ratón.

Las moléculas de ADN han demostrado ser una excelente base para el diseño y la construcción de dispositivos moleculares mecánicos que pueden responder a señales externas, y llevar a cabo ciertas acciones dependiendo de ellas. En los últimos años, los científicos han realizado experimentos exitosos con robots de ADN como vehículos y sondas para imágenes. Los experimentos se llevaron a cabo en un medio cultivado a partir de células cultivadas, en insectos y nematodos Caenorhabditis elegans . Pero hasta ahora, no se han realizado experimentos con la entrega de medicamentos dirigidos en mamíferos.

Al mismo tiempo, desde 2003-2005 se sabe que una estrategia exitosa de tratamiento del cáncer es el bloqueo selectivo de los vasos sanguíneos del tumor para privarlo de nutrientes y oxígeno, y lanzar la avalancha de muerte de las células tumorales. Los robots de ADN son ideales para esta tarea. Además, esta estrategia estándar funciona para muchos tipos de cáncer, porque los vasos sanguíneos que alimentan las células cancerosas de un tumor sólido son esencialmente los mismos.

Un equipo de científicos chinos realizó primero un experimento de este tipo en mamíferos (ratones). Construyeron robots utilizando el método de origami de ADN y los cargaron con moléculas de trombina. Esta es una serina proteasa, el componente más importante del sistema de coagulación de humanos y animales. La trombina regula la agregación plaquetaria activando las plaquetas y convirtiendo el fibrinógeno circulante en fibrina, causando un bloqueo rápido de los vasos sanguíneos (trombosis).


Diseño y descripción de un nanorobot con trombina. Origami DNA reacciona a la nucleolina y se despliega en una lámina rectangular. Está lleno de moléculas de trombina, enrollado en un tubo y, cuando está cerrado, se libera a través de los vasos sanguíneos. Al llegar al sitio de bloqueo, el robot reacciona a la nucleolina, abre y libera moléculas de trombina (puntos brillantes en la fotografía a continuación, tomada por un microscopio de fuerza atómica de barrido, la marca de escala corresponde a 100 nm)

Para el uso efectivo de este método, el suministro preciso de trombina a la ubicación deseada y la oclusión de un vaso en particular es crítico para minimizar el daño potencial a otros vasos donde no se requiere oclusión. No fue posible lograr esto con los métodos tradicionales, por lo que antes no se usaba trombina pura para tratar el cáncer. Los médicos chinos lograron resolver con éxito el problema con la ayuda de robots de ADN. Estos robots protegen la trombina y no la liberan hasta que encuentran en su camino un marcador característico de un tumor canceroso: la nucleolina. Al reunirse con él, los robots se abren instantáneamente y liberan una "cura".

El método de origami de ADN le permite crear un diseño racional y la producción de nanoestructuras del tamaño, forma y funcionalidad deseados. Los científicos realizaron un experimento en un ratón vivo con un cáncer de mama humano, y demostraron la efectividad de tales robots en uso real. Los robots bloquearon con éxito un vaso sanguíneo específico que alimenta el tumor y no tocaron otros vasos.

Para demostrar que los robots no dañan incluso a los mamíferos más grandes, se realizaron experimentos adicionales en cerdos domésticos enanos (mini-cerdos), que son muy similares a los humanos en anatomía y fisiología. Los cerdos fueron inyectados con robots de ADN de una dosis terapéutica estándar de ratón (150 unidades por cerdo). Como los cerdos no tenían tumor, los robots circulaban libremente en los vasos y no funcionaban. No se observaron anormalidades en el sistema circulatorio y los parámetros de coagulación sanguínea. Se notaron algunas anormalidades con dosis crecientes a 350 unidades, pero resultaron ser temporales y no se produjo trombosis de órganos vitales.


Cerdo doméstico enano

Como se muestra en la ilustración anterior, el nanorobot es un nanotubo autoensamblado con varios elementos funcionales. Se despliega en una hoja rectangular que mide 90 × 60 × 2 nanómetros.

El robot está hecho del ADN genómico del bacteriófago M13. Este es un virus que infecta la bacteria Escherichia coli (E. coli). El ADN de este virus es una herramienta popular para construir varias nanoestructuras. Anteriormente, se realizaron experimentos con variedades de tales robots que son capaces de transportar una carga útil de diferentes proteínas. Por ejemplo, se usan en el proceso de ensamblar nanocables de óxido de cobalto en baterías , así como para empacar nanotubos de carbono en haces densos, que se usan en energía fotovoltaica .

Aunque los experimentos en humanos aún están por llegar, algunos expertos consideran que el método fundamentalmente nuevo de tratamiento del cáncer es un verdadero avance. La destrucción selectiva de tumores cancerosos parece mucho más prometedora que la quimioterapia "bárbara", que destruye todas las células seguidas. Si el medicamento actúa selectivamente solo en tumores y es inofensivo para una persona sana, entonces, en teoría, cualquiera puede tomar tales "inyecciones" con robots de ADN como una profilaxis. Tiene algún tipo de tumor canceroso: el medicamento la matará, si no hay tumor, no sucederá nada.

El artículo científico fue publicado el 12 de enero de 2018 en la revista Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.4071, pdf ).