Китайские нанороботы способны находить опухоль и перекрывать ей кислород

opuholi

Китайские ученые разработали нанороботов на основе технологии ДНК-оригами, которые способны доставлять лекарство к опухолевым клеткам млекопитающих и вызывать там образование тромбов.

Эксперименты показали, что из-за недостатка кислорода и питательных веществ опухоли существенно снижают темпы развития, а в некоторых случаях и вовсе исчезают. Работа опубликована в Nature Biotechnology.

Нанороботы — невидимые глазом инструменты, способные приходить к четко заданной цели, например — к отдельным клеткам, и выполнять некую заложенную в их структуру задачу. Они включаются с помощью специальных молекулярных «триггеров», поэтому их работу можно эффективно контролировать и запускать в нужный момент.

Инструменты на основе ДНК обладают массой полезных свойств, поскольку тонкий дизайн их структуры позволяет добиться почти любой заданной архитектуры и точности механизма их действия. Так называемые «ДНК-оригами» могут, например, двигаться заданным способом — в том числе, раскрываться и закрываться в зависимости от воздействия на них определенных молекул или даже света (о примере такой структуры — управляемыми светом нано-ножницами — мы подробно рассказывали здесь). С помощью ДНК даже делают нечто вроде протипа компьютерных микрочипов. Наночастицы на основе ДНК для доставки веществ к клеткам уже успешно применялись в культурах клеток, а также в организмах насекомых и червей. В этих случаях ДНК-структура сконструирована в виде контейнера, и она может контролируемо выпускать свое содержимое. Однако до сих пор подобных инструментов для доставки лекарств in vivo в клетки млекопитающих разработано не было.

В новой работе ученые создали нанороботов для доставки лекарств к раковым опухолям. ДНК-аптамер (синтетический полинуклеотид) такого наноробота умеет связываться с нуклеолином, — белком, который вырабатывается снаружи эндотелиальных опухолевых клеткок — и менять свою структуру после этого. Внутри аптамера располагается тромбин, белок свертывания крови. Размеры исходного ДНК-листа, из которого складывается «оригами» аптамера, составляют 90 нанометров ? 60 нанометров ? 2 нанометра, а получившийся наноробот — трубка диаметром 19 нанометров и длиной 90 нанометров, внутри которой и располагается химически связанный с ней тромбин.

Когда происходит связывание ДНК с нуклеолином, это служит триггером механического распаковывания аптамера («оригами раскрывается»), в результате чего тромбин начинает свертывание крови вблизи опухолевой клетки. Вследствие образовавшегося тромба опухолевые клетки теряют доступ к кислороду и питательным веществам, что приводит к некрозу опухолевой ткани и снижению темпов ее роста.

Сначала ученые убедились, что ДНК успешно связывается с нуклеолином, а тромбин успешно вызывает свертывание крови in vitro. Затем работа нанороботов была успешно протестирована на лабораторных мышах и карликовых свиньях. В одном из экспериментов разные группы мышей подвергались лечению препаратами с нанороботами, а для контроля — препаратами со свободным тромбином, солевым раствором, пустыми нанороботами (без тромбина), а также наночастицами с иной структурой ДНК, не связывающейся с нуклеолином, или со структурой, которая умеет с ним связываться, но не умеет раскрываться после связывания. Предварительно этим мышам были введены клетки человеческого рака груди (MDA-MB-231).

Оказалось, что рост опухолей у мышей с введенным настоящим препаратам был значительно замедлен по сравнению со всеми контрольными группами. Среднее время выживаемости у контрольных групп составило 29 дней, а у группы, подвергнутой лечению — 39 дней.

Другой эксперимент провели с мышами с меланомой. В этом случае у 3 из 8 мышей, которым давали препарат с нанороботами, наступила полная регрессия опухолей. У остальных выживаемость увеличилась с 20,5 дней до 45 дней. Скорее всего, это связано с повышенной васкуляризацией (насыщенности сосудами) меланомовых опухолей. Препарат также значительно снижал среднее число метастазов в печени.

Эксперименты с другими типами опухолей, в частности, с опухолями яичников, которые являются менее васкуляризованными, не давали настолько сильного преимущества в снижении развития заболевания, однако также значимо увеличили выживаемость животных и тормозили рост их опухолей.

Отдельно ученые убедились в том, что доставка тромбина в составе нанороботов не влияет на количество микротромбов в кровяных сосудах мозга (что могло бы быть серьезным препятствием для использования подобного препарата). В то время как свободный тромбин повышал этот уровень, использование нанороботов не приводило к этому эффекту, поскольку тромбин выпускался только в нужном месте, при контакте с опухолевыми клетками.

Эксперимент с карликовыми свиньями был особенно интересен, поскольку организм свиньи по своей физиологии и анатомии во многом напоминает человеческий организм. Выяснилось, что введение препарата не вызывало формирования тромбов в основных тканях свиней, и, поэтому, оказалось безопасным.

Ученые надеются, что данная разработка может стать основой для целого поколения новых инструментов для доставки лекарств млекопитающим in vivo.

Источник: N+1







Интересные новости
Вчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотніВчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотні
Блок рекламы


Похожие новости

Відкритий торік вид китів знаходиться на межі зникненняВідкритий торік вид китів знаходиться на межі зникнення
Ученые создали «наномашины», способные убивать ракУченые создали «наномашины», способные убивать рак
Китайские ученые призвали разработать программу по уничтожению спутников StarlinkКитайские ученые призвали разработать программу по уничтожению спутников Starlink
Новый метод поможет находить похожие на Татуин планеты в двойных звездных системах
Учёные из США предложили использовать бактерии для производства ракетного топлива и кислорода на Марсе
ESA создало оборудование для извлечения кислорода и воды из лунного грунта. Эксперименты оказались удачными
Новые китайские спутники в качестве топлива будут использовать воздух
Dyson, возможно, готовит роботов-уборщиков, способных перемещаться по лестнице и открывать ящики
SpaceX предупредила о возможных задержках запусков из-за дефицита жидкого кислорода
Гринпис: китайские дата-центры увеличат к 2035 году использование электроэнергии в четыре раза и нарастят выбросы вдвое
Последние новости

Подгружаем последние новости