Robot DNA virus telah diprogram untuk memblokir pembuluh darah manusia dan membunuh tumor kanker.

Penyumbatan pembuluh darah dan nekrosis jaringan kanker dalam waktu 72 jam setelah pengenalan robot DNA ke dalam sistem peredaran darah tikus

Molekul DNA telah terbukti menjadi dasar yang sangat baik untuk desain dan konstruksi perangkat molekuler mekanis yang dapat merespons sinyal eksternal - dan melakukan tindakan tertentu tergantung pada mereka. Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah melakukan percobaan yang sukses dengan robot DNA sebagai wahana dan probe untuk pencitraan. Percobaan dilakukan dalam media yang dikultur dari sel yang tumbuh, pada serangga dan nematoda elegans Caenorhabditis . Namun sejauh ini, tidak ada percobaan dengan pengiriman obat yang ditargetkan telah dilakukan pada mamalia.

Pada saat yang sama, dari 2003-2005 diketahui bahwa strategi pengobatan kanker yang berhasil adalah penyumbatan selektif pembuluh darah tumor untuk menghilangkan nutrisi dan oksigen - dan meluncurkan longsoran kematian sel tumor. Robot DNA ideal untuk tugas ini. Selain itu, strategi standar ini berfungsi untuk banyak jenis kanker, karena pembuluh darah yang memberi makan sel-sel kanker tumor padat pada dasarnya sama.

Sebuah tim ilmuwan Cina pertama kali melakukan percobaan pada mamalia (tikus). Mereka membuat robot menggunakan metode origami DNA dan mengisinya dengan molekul trombin. Ini adalah protease serin, komponen terpenting dari sistem koagulasi manusia dan hewan. Trombin mengatur agregasi trombosit dengan mengaktifkan trombosit dan mengubah fibrinogen yang bersirkulasi menjadi fibrin, menyebabkan penyumbatan cepat pembuluh darah (trombosis).


Desain dan deskripsi nanorobot dengan trombin. Origami DNA bereaksi terhadap nukleolin dan terungkap menjadi lembaran persegi panjang. Itu diisi dengan molekul trombin, digulung ke dalam tabung dan, ketika ditutup, dilepaskan melalui pembuluh darah. Sesampainya di lokasi penyumbatan, robot bereaksi terhadap nukleolin, membuka dan melepaskan molekul trombin (bintik-bintik terang pada foto di bawah, diambil oleh mikroskop pemindaian atom, tanda skala sesuai dengan 100 nm)

Untuk penggunaan yang efektif dari metode ini, pengiriman trombin yang akurat ke lokasi yang diinginkan dan penyumbatan kapal tertentu sangat penting untuk meminimalkan potensi kerusakan pada kapal lain di mana penyumbatan tidak diperlukan. Itu tidak mungkin untuk mencapai ini dengan metode tradisional, jadi trombin murni tidak digunakan untuk mengobati kanker sebelumnya. Dokter Cina berhasil menyelesaikan masalah dengan bantuan robot DNA. Robot-robot ini melindungi trombin dan tidak melepaskannya sampai bertemu dengan mereka sebagai penanda karakteristik tumor kanker - nukleolin. Saat bertemu dengannya, robot langsung membuka dan melepaskan "obat".

Metode origami DNA memungkinkan Anda untuk membuat desain rasional dan produksi struktur nano dari ukuran, bentuk, dan fungsi yang diinginkan. Para ilmuwan melakukan percobaan pada tikus hidup dengan kanker payudara manusia - dan membuktikan efektivitas robot tersebut dalam penggunaan nyata. Robot berhasil memblokir pembuluh darah tertentu yang memberi makan tumor dan tidak menyentuh pembuluh lain.

Untuk membuktikan bahwa robot tidak membahayakan mamalia yang lebih besar, percobaan tambahan dilakukan pada babi domestik kerdil (babi mini), yang sangat mirip dengan manusia dalam anatomi dan fisiologi. Babi disuntik dengan robot DNA dengan dosis terapi tikus standar (150 unit per babi). Karena babi tidak memiliki tumor, robot beredar bebas di pembuluh dan tidak berfungsi. Tidak ada kelainan yang diamati dalam sistem sirkulasi dan parameter pembekuan darah. Beberapa kelainan diketahui dengan peningkatan dosis menjadi 350 unit, tetapi mereka ternyata bersifat sementara dan trombosis organ vital tidak terjadi.


Babi kurcaci domestik

Seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi di atas, nanorobot adalah nanotube rakitan dengan beberapa elemen fungsional. Itu terungkap menjadi lembaran persegi panjang berukuran 90 × 60 × 2 nanometer.

Robot terbuat dari DNA genom bakteriofag M13. Ini adalah virus yang menginfeksi bakteri Escherichia coli (E. coli). DNA dari virus ini adalah alat yang populer untuk membangun berbagai struktur nano. Sebelumnya, percobaan dilakukan dengan varietas robot seperti itu yang mampu membawa muatan protein yang berbeda. Sebagai contoh, mereka digunakan dalam proses merakit kawat nano oksida kobalt dalam baterai , serta untuk mengemas nanotube karbon dalam bundel padat, yang digunakan dalam fotovoltaik .

Meskipun percobaan manusia belum datang, beberapa ahli menganggap metode pengobatan kanker yang secara fundamental baru merupakan terobosan nyata. Penghancuran selektif tumor kanker terlihat jauh lebih menjanjikan daripada kemoterapi "biadab", yang menghancurkan semua sel secara berturut-turut. Jika obat selektif hanya bertindak pada tumor dan tidak berbahaya bagi orang sehat, maka secara teoritis siapa pun dapat mengambil "suntikan" dengan robot DNA sebagai profilaksis. Dia menderita semacam tumor kanker - obatnya akan membunuhnya, jika tidak ada tumor - tidak akan terjadi apa-apa.

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 12 Januari 2018 dalam jurnal Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.4071, pdf ).