Sukces nanorobotów w walce z nowotworami

Technika DNA origami polega na wykorzystywaniu nici DNA jako materiału konstrukcyjnego i tworzeniu z nich przestrzennych struktur, zdolnych na przykład do przenoszenia w konkretne miejsca organizmu pacjenta cząsteczek o konkretnym, terapeutycznym działaniu. Naukowcy z ASU zajmują się tym od dawna i mają na swoim koncie poważne sukcesy w tworzeniu takich nanostruktur. "Tym razem po raz pierwszy udało nam się stworzyć w pełni autonomiczny, oparty na DNA system celowanej terapii nowotworowej - mówi prof. Hao Yan, szef ASU Biodesign Institute's Center for Molecular Design and Biomimetics. "Co więcej, technologia ta może być stosowana do wielu typów nowotworów, ponieważ wszystkie naczynia krwionośne odżywiające guzy są w zasadzie takie same" - dodaje.

Nanomedycyna to względnie nowa gałąź medycyny zmierzająca do wykorzystania osiągnięć nanotechnologii w diagnostyce i terapii rożnych chorób, w tym nowotworowych. Osiągnięcia ostatnich dwudziestu lat pozwalają już na tworzenie z pomocą techniki DNA origami struktur o rozmiarach tysiące razy mniejszych od grubości włosa. Najnowsza praca pokazuje, że można je wykorzystać do poszukiwania i niszczenia tkanki nowotworowej w sposób, który nie zagraża innym tkankom. Pierwszy raz udało się pokazać skuteczność takiej terapii w przypadku myszy zmodyfikowanych tak, że chorują na różne nowotwory, w tym raka piersi, skóry, jajników i płuc. 

Autorzy najnowszej pracy zastosowali prostą strategię, zaproponowaną przez badaczy z NCNST. Chodziło o odcięcie dopływu krwi do guza nowotworowego nie przez zablokowanie angiogenezy, czyli powstawania naczyń krwionośnych, ale przez stworzenie blokujących te naczynia zakrzepów. W tym celu we wnętrzu przestrzennych nanostruktur trzeba było dostarczyć do guza cząsteczki enzymu, czynnika krzepnięcia krwi, trombiny. By upewnić się, że nanostruktury z substancją czynną dotrą do guza i dopiero tam się "rozpakują" trzeba było dołączyć do nich tak zwane aptamery DNA przyłączające się tylko i wyłącznie do białka, nukleoliny, występującego na powierzchni komórek nabłonka tkanki nerwowej i nieobecnego w komórkach zdrowych. Wystarczyło podanie takich nanorobotów do krwiobiegu myszy, by w ciągu kilku godzin zgromadziły się w tkance nowotworowej. Owe nanoroboty zaprogramowano tak, że dopiero po przyłączeniu się do powierzchni naczyń krwionośnych guza, jak koń trojański mogły otworzyć się i umożliwić działanie wywołującego krzepnięcie krwi enzymu. "Te nanoroboty mogą posłużyć do transportu odpowiednich cząsteczek i dokonania blokady naczyń krwionośnych dokładnie w miejscu guza. W ten sposób powodują obumieranie tkanki i zmniejszanie się rozmiarów guza" - tłumaczy prof. Baoquan Ding z NCNST w Pekinie.

Autorzy pracy potwierdzili, że metoda jest bezpieczna i skuteczna. "Nanoroboty okazały się bezpieczne i immunologicznie obojętne zarówno u myszy, jak i miniaturowych świnek laboratoryjnych Bama. Nie było żadnych dostrzegalnych zmian krzepliwości krwi, ani zmian morfologicznych" - dodaje prof. Yuliang Zhao z NCNST. Co jeszcze ważniejsze, nie obserwowano, by nanoroboty docierały do mózgu, gdzie mogłyby doprowadzić do groźnych efektów ubocznych, w tym udaru. "Nanoroboty są dla normalnych tkanek myszy i większych zwierząt bezpieczne" - podkreśla prof. Guangjun Terapia doprowadziła do uszkodzenia tkanek nowotworowych w ciągu 24 godzin, po czym nanoroboty zostały wydalone z organizmu. W kolejnych dniach zaobserwowano zakrzepy we wszystkich naczyniach krwionośnych guzów. U myszy cierpiących na raka skóry całkowitą regresję guzów zaobserwowano w 3 na 8 przypadków. średni czas przeżycia wydłużył się z 20,5 do 45 dni. Zmniejszenie guzów zaobserwowano też u poddanych 2-tygodniowej terapii myszy cierpiących na raka płuc.

"Podawanie trombiny z pomocą nanorobotów DNA to bardzo poważny postęp w zastosowaniach nanotechnologii do walki z rakiem. W przypadku myszy chorych na czerniaka, terapia nie tylko usunęłą guza pierwotnego, ale i uniemożliwiła tworzenie się przerzutów. To daje obiecujący potencjał terapeutyczny. Myślę, że jesteśmy już zdecydowanie bliżej praktycznych, medycznych zastosowań tej technologii" - podkreśla prof. Yan.

Autorzy pracy zapowiadają, że zastosowanie odpowiednich nanostruktur i właściwych cząsteczek aktywnych powinno pomóc także w leczeniu innych chorób.

Grzegorz Jasiński