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




!

Если для Вас конкретно эта новость оказалась важной или интересной - пожалуйста, поделитесь ею в своей любимой социальной сети с помощью кнопок, расположенных под этим текстом. Это поможет нам в будущем делать более качественную подборку материалов, исходя из Ваших потребностей\интересов.




Коды для вставки в блог\форум

blog comments powered by Disqus


Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
Google и фонд Билла Гейтса создают революционную систему хранения энергииGoogle и фонд Билла Гейтса создают революционную систему хранения энергии
NASA показало необычную дюну на МарсеNASA показало необычную дюну на Марсе
Маск подписал первый военный контракт на Falcon Heavy со спутникомМаск подписал первый военный контракт на Falcon Heavy со спутником
Создан нанолазер, который меняет цвет как хамелеонСоздан нанолазер, который меняет цвет как хамелеон
В Мексике найдены окаменелые останки мухи возрастом 90 млн летВ Мексике найдены окаменелые останки мухи возрастом 90 млн лет
Блок рекламы


Похожие новости

Ученые обнаружили самые далекие от Земли следы кислородаУченые обнаружили самые далекие от Земли следы кислорода
Китайские специалисты завезут на Луну насекомых и растенияКитайские специалисты завезут на Луну насекомых и растения
Китайские ученые: искусственный интеллект учит детей лучше, чем репетиторыКитайские ученые: искусственный интеллект учит детей лучше, чем репетиторы
Опухоль мозга у детей будут лечить с помощью нового препаратаОпухоль мозга у детей будут лечить с помощью нового препарата
Мощи св. Николая до сих пор могут находиться в ТурцииМощи св. Николая до сих пор могут находиться в Турции
Китайские ученые смогли создать глубоководный агрегат, которым можно управлять дистанционноКитайские ученые смогли создать глубоководный агрегат, которым можно управлять дистанционно
В НАСА считают, что марсианскую атмосферу можно искусственно наполнить кислородомВ НАСА считают, что марсианскую атмосферу можно искусственно наполнить кислородом
Китайские студенты победили в международном бою роботовКитайские студенты победили в международном бою роботов
Стали известны разработки НАСА, вполне способные спасти целое человечествоСтали известны разработки НАСА, вполне способные спасти целое человечество
Ученые научились находить клетки, в которых прячется ВИЧ, - Nature MedicineУченые научились находить клетки, в которых прячется ВИЧ, - Nature Medicine
Последние новости

Подгружаем последние новости