Des robots à ADN viral ont été programmés pour bloquer les vaisseaux sanguins humains et tuer les tumeurs cancéreuses.

Blocage d'un vaisseau sanguin et nécrose des tissus cancéreux dans les 72 heures après l'introduction de robots à ADN dans le système circulatoire de la souris

Les molécules d'ADN se sont révélées être une excellente base pour la conception et la construction de dispositifs moléculaires mécaniques qui peuvent répondre aux signaux externes - et effectuer certaines actions en fonction d'eux. Ces dernières années, les scientifiques ont mené avec succès des expériences avec des robots à ADN comme véhicules et sondes pour l'imagerie. Les expériences ont été réalisées en milieu de culture à partir de cellules cultivées, sur des insectes et des nématodes Caenorhabditis elegans . Mais jusqu'à présent, aucune expérience de délivrance ciblée de médicaments n'a été réalisée sur des mammifères.

Dans le même temps, de 2003 à 2005, on sait qu'une stratégie efficace de traitement du cancer est le blocage sélectif des vaisseaux sanguins de la tumeur afin de la priver de nutriments et d'oxygène - et de déclencher l'avalanche de mort des cellules tumorales. Les robots à ADN sont idéaux pour cette tâche. De plus, cette stratégie standard fonctionne pour de nombreux types de cancer, car les vaisseaux sanguins qui alimentent les cellules cancéreuses d'une tumeur solide sont essentiellement les mêmes.

Une équipe de scientifiques chinois a d'abord réalisé une telle expérience sur des mammifères (souris). Ils ont construit des robots en utilisant la méthode de l'origami ADN et les ont chargés de molécules de thrombine. Il s'agit d'une sérine protéase, le composant le plus important du système de coagulation des humains et des animaux. La thrombine régule l'agrégation plaquettaire en activant les plaquettes et en convertissant le fibrinogène circulant en fibrine, provoquant un blocage rapide des vaisseaux sanguins (thrombose).


Conception et description d'un nanorobot avec de la thrombine. L'ADN de l'origami réagit à la nucléoline et se déplie en une feuille rectangulaire. Il est rempli de molécules de thrombine, roulé dans un tube et, lorsqu'il est fermé, est libéré par les vaisseaux sanguins. Arrivé sur le site de blocage, le robot réagit à la nucléoline, ouvre et libère des molécules de thrombine (taches lumineuses sur la photo ci-dessous, prises par un microscope à force atomique à balayage, la marque d'échelle correspond à 100 nm)

Pour une utilisation efficace de cette méthode, l'administration précise de thrombine à l'emplacement souhaité et l'occlusion d'un vaisseau particulier sont essentielles pour minimiser les dommages potentiels aux autres vaisseaux où l'occlusion n'est pas requise. Il n'était pas possible d'y parvenir avec des méthodes traditionnelles, de sorte que la thrombine pure n'était pas utilisée auparavant pour traiter le cancer. Les médecins chinois ont réussi à résoudre le problème avec l'aide de robots à ADN. Ces robots protègent la thrombine et ne la libèrent que lorsqu'ils rencontrent à leur manière un marqueur caractéristique d'une tumeur cancéreuse - la nucléoline. Lors de sa rencontre avec lui, les robots s'ouvrent instantanément et libèrent un «remède».

La méthode de l'origami ADN vous permet de créer une conception et une production rationnelles de nanostructures de la taille, de la forme et de la fonctionnalité souhaitées. Les scientifiques ont mené une expérience sur une souris vivante atteinte d'un cancer du sein humain - et ont prouvé l'efficacité de tels robots en utilisation réelle. Les robots ont réussi à bloquer un vaisseau sanguin spécifique qui alimente la tumeur et n'a pas touché d'autres vaisseaux.

Pour prouver que les robots ne nuisent pas aux mammifères encore plus grands, des expériences supplémentaires ont été menées sur des cochons domestiques nains (mini-cochons), qui sont très similaires à l'homme en anatomie et en physiologie. Les porcs ont reçu une injection de robots ADN d'une dose thérapeutique standard de souris (150 unités par porc). Comme les porcs n'avaient pas de tumeur, les robots circulaient librement dans les vaisseaux et ne fonctionnaient pas. Aucune anomalie n'a été observée dans le système circulatoire et les paramètres de coagulation sanguine. Certaines anomalies ont été constatées avec l'augmentation des doses à 350 unités, mais elles se sont révélées temporaires et aucune thrombose des organes vitaux ne s'est produite.


Cochon domestique nain

Comme le montre l'illustration ci-dessus, le nanorobot est un nanotube auto-assemblé avec plusieurs éléments fonctionnels. Il se déplie en une feuille rectangulaire de 90 × 60 × 2 nanomètres.

Le robot est fabriqué à partir de l'ADN génomique du bactériophage M13. Il s'agit d'un virus qui infecte la bactérie Escherichia coli (E. coli). L'ADN de ce virus est un outil populaire pour construire diverses nanostructures. Auparavant, des expériences ont été menées avec des variétés de tels robots capables de transporter une charge utile de différentes protéines. Par exemple, ils sont utilisés dans le processus d'assemblage de nanofils d'oxyde de cobalt dans des batteries , ainsi que pour l' emballage de nanotubes de carbone en faisceaux denses, qui sont utilisés en photovoltaïque .

Bien que les expériences humaines soient encore à venir, certains experts considèrent la méthode fondamentalement nouvelle de traitement du cancer comme une véritable percée. La destruction sélective des tumeurs cancéreuses semble beaucoup plus prometteuse que la chimiothérapie "barbare", qui détruit toutes les cellules d'affilée. Si le médicament n'agit sélectivement que sur les tumeurs et est inoffensif pour une personne en bonne santé, alors théoriquement, n'importe qui peut prendre de telles «injections» avec des robots à ADN comme prophylaxie. Il a une sorte de tumeur cancéreuse - le médicament la tuera s'il n'y a pas de tumeur - rien ne se passera.

L'article scientifique a été publié le 12 janvier 2018 dans la revue Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.4071, pdf ).