Bloqueio de um vaso sanguíneo e necrose de tecido cancerígeno dentro de 72 horas após a introdução de robôs de DNA no sistema circulatório do mouseAs moléculas de DNA provaram ser uma excelente base para o projeto e a construção de dispositivos moleculares mecânicos que podem responder a sinais externos - e realizar determinadas ações dependendo deles. Nos últimos anos, os cientistas realizaram experimentos bem-sucedidos com robôs de DNA como veículos e sondas para geração de imagens. As experiências foram realizadas em meio de cultura a partir de células cultivadas, em insetos e nematoides
Caenorhabditis elegans . Mas até agora, nenhum experimento com entrega direcionada de medicamentos foi realizado em mamíferos.
Ao mesmo tempo,
de 2003 a 2005, sabe-se que uma estratégia bem-sucedida de tratamento do câncer é o bloqueio seletivo dos vasos sanguíneos do tumor, a fim de privá-lo de nutrientes e oxigênio - e lançar a avalanche de mortes de células tumorais. Robôs de DNA são ideais para esta tarefa. Além disso, essa estratégia padrão funciona para muitos tipos de câncer, porque os vasos sanguíneos que alimentam as células cancerígenas de um tumor sólido são essencialmente os mesmos.
Uma equipe de cientistas chineses
conduziu esse experimento em mamíferos (ratos). Eles construíram robôs usando o método de origami de DNA e os carregaram com moléculas de trombina. Esta é uma serina protease, o componente mais importante do sistema de coagulação de humanos e animais. A trombina regula a agregação plaquetária ativando plaquetas e convertendo fibrinogênio circulante em fibrina, causando rápido bloqueio do vaso sanguíneo (trombose).
Projeto e descrição de um nanorrobô com trombina. O DNA do origami reage à nucleolina e se desdobra em uma folha retangular. É preenchido com moléculas de trombina, enrolado em um tubo e, quando fechado, é liberado pelos vasos sanguíneos. Chegando ao local do bloqueio, o robô reage à nucleolina, abre e libera moléculas de trombina (pontos brilhantes na fotografia abaixo, obtidos por um microscópio de força atômica de varredura, a marca da escala corresponde a 100 nm)Para o uso efetivo desse método, a administração precisa de trombina no local e na oclusão desejados de um vaso específico é fundamental para minimizar possíveis danos a outros vasos onde a oclusão não é necessária. Não foi possível conseguir isso com métodos tradicionais, portanto a trombina pura não era usada no tratamento de câncer antes. Os médicos chineses conseguiram resolver o problema com sucesso com a ajuda de robôs de DNA. Esses robôs protegem a trombina e não a liberam até encontrarem um marcador característico de um tumor cancerígeno - a nucleolina. Ao se encontrar com ele, os robôs se abrem instantaneamente e liberam uma "cura".
O método de origami de DNA permite criar um design racional e produção de nanoestruturas do tamanho, forma e funcionalidade desejados. Os cientistas conduziram um experimento em um rato vivo com um câncer de mama humano - e provaram a eficácia desses robôs em uso real. Os robôs bloquearam com sucesso um vaso sanguíneo específico que alimenta o tumor e não tocou em outros vasos.
Para provar que os robôs não prejudicam mamíferos ainda maiores, foram realizadas experiências adicionais em porcos domésticos anões (mini-porcos), que são muito semelhantes aos humanos em anatomia e fisiologia. Os porcos foram injetados com robôs de DNA com uma dose terapêutica padrão de camundongo (150 unidades por porco). Como os porcos não tinham um tumor, os robôs circulavam livremente nos vasos e não funcionavam. Não foram observadas anormalidades no sistema circulatório e nos parâmetros de coagulação sanguínea. Algumas anormalidades foram notadas com doses crescentes para 350 unidades, mas acabaram sendo temporárias e a trombose de órgãos vitais não ocorreu.
Porco doméstico anãoComo mostrado na ilustração acima, o nanorrobô é um nanotubo auto-montado com vários elementos funcionais. Ela se desdobra em uma folha retangular medindo 90 × 60 × 2 nanômetros.
O robô é feito do DNA genômico do bacteriófago M13. Este é um vírus que infecta as bactérias
Escherichia coli (E. coli). O DNA desse vírus é uma ferramenta popular para a construção de várias nanoestruturas. Anteriormente, eram realizados experimentos com variedades desses robôs capazes de transportar uma carga útil de diferentes proteínas. Por exemplo, eles são usados no
processo de montagem de nanofios de óxido de cobalto em baterias , bem como na
embalagem de nanotubos de carbono em feixes densos, usados em energia fotovoltaica .
Embora experimentos em humanos ainda estejam por vir, alguns especialistas consideram o método de tratamento do câncer fundamentalmente novo um verdadeiro avanço. A destruição seletiva de tumores cancerígenos parece muito mais promissora que a quimioterapia "bárbara", que destrói todas as células seguidas. Se o medicamento age seletivamente apenas em tumores e é inofensivo para uma pessoa saudável, então teoricamente qualquer pessoa pode tomar essas "injeções" com robôs de DNA como profilaxia. Ele tem algum tipo de tumor cancerígeno - o remédio a matará, se não houver tumor - nada acontecerá.
O artigo científico foi
publicado em 12 de janeiro de 2018 na revista
Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.4071,
pdf ).