Í nýlegri rannsókn hafa vísindamenn þróað í fyrsta sinn fullkomlega sjálfstætt nanóvélfærakerfi til að miða sérstaklega á krabbamein
Í mikilli framþróun í nanólækningum, sviðinu sem sameinar nanótækni og læknisfræði, hafa vísindamenn þróað nýjar leiðir til lækningameðferðar með því að nota mjög litlar, sameindastærðar nanóagnir (vél eða vélmenni sem eru nálægt smásæjum mælikvarða nanómetra 10-9m) til að skotmark krabbamein, í þessari merku rannsókn sem birt var í Náttúru líftækni.
DNA origami nanobot: töfraflutningsmaðurinn
DNA origami is a process in which a DNA is folded in a nanoscale level and is used to build active structures at the tiniest scales (origami as in the art of paper folding). DNA is a great storage of information and thus structures which are built out of it can be used as information carriers. In line with this capability, these DNA nanoparticles (or ‘DNA nanorobots’ or ‘nanorobots’ or simply ‘nanobots’) can move and lift cargo at the smallest scales for specific tasks in the human body and thus are suitable for many nanóvélmenni applications. The size of such a nanobot is 1000 times smaller than a single strand of human hair. This field of nanorobotics has been full of excitement for the past two decades and many experts have been focusing on developing such nanoscale structures based out on DNA which can fold themselves into all sorts of shapes and sizes to revolutionize medicine especially therapy and drug delivery.
Nanorobot tækni er nú mikið notuð og hefur þegar gjörbylt sviðum eins og læknisfræðilegum myndgreiningum, tækjum, skynjara, orkukerfum og einnig læknisfræði. Í læknisfræði hafa nanóbotar verulega kosti, aðallega vegna þess að þeir mynda enga skaðlega starfsemi, hafa engar mögulegar aukaverkanir og eru mjög sérstakir á hvaða stað í líkamanum þeir munu miða á og starfa á. Upphafskostnaður við þróun nanóvélmenna gæti verið hár en framleiðslan þegar hún er framkvæmd með hefðbundinni lotuvinnslu dregur úr kostnaði að miklu leyti. Ennfremur gerir lítil stærð nanóvélmennanna þau tilvalin til að miða á bakteríur og vírusa. Einnig er hægt að sprauta örlítið nanóvélmenni mjög auðveldlega inn í líkamann og það flýtur auðveldlega í gegnum blóðið (blóðrásarkerfið) og hjálpar við að greina vandamálin og meðhöndla þau. Nanobots hafa fengið mikla þýðingu í krabbameinsrannsóknum þar sem þeir geta verið sársaukalaus valkostur við krabbameinslyfjameðferð sem er annars mjög streituvaldandi og leggur mikla persónulega og fjárhagslega byrði á sjúklinginn. Krabbameinsmeðferð er ekki aðeins erfið leið til að meðhöndla krabbamein, en fyrir utan að ráðast á krabbameinsfrumurnar skilur aðferðin eftir sig nokkrar aukaverkanir um allan líkamann. Samt hefur vísindum ekki tekist að uppgötva neinn nýjan valkost við krabbameinslyfjameðferð til að meðhöndla þennan lífshættulega sjúkdóm sem kallast krabbamein. Nanobots hafa möguleika á að breyta þessari atburðarás á næstu árum með því að vera skilvirkari, snjallari og markvissari valkostur til að ráðast á krabbamein.
Að miða við krabbamein
Í þessari nýlegu rannsókn, samstarf milli Arizona State University, Bandaríkjunum, og National Center for Nano vísindi og tækni Kínversku vísindaakademíunnar í Peking, hafa vísindamenn hannað, smíðað og vandlega stjórnað sjálfvirkum nanóbottum til að leita á virkan hátt og eyðileggja krabbameinsæxli inni í líkamanum – en skaða enga heilbrigðu frumna. Þeir sigruðu nokkrar áskoranir sem hafa verið að plaga nanóvísindamenn í meira en tvo áratugi, með því að hanna og nota mjög einfalda og beina stefnu til að leita og eyða æxlinu. Stefnan var að loka sérstaklega fyrir blóðflæði í æxlisfrumu með því að örva blóðstorknun inn í æxlisfrumuna með því að nota DNA-undirstaða nanóbotna. Þannig að þeir hugsuðu um eitthvað sem virtist einfalt - festu lykilblóðstorknandi ensím (kallað Thrombin) við yfirborð hins flata, nanóskaða DNA origami nanóbotna. Að meðaltali voru fjórar þrombínsameindir festar við flatt yfirborð DNA origami blað af stærð 90nm x 60nm. Þetta flata blað var brotið saman eins og pappírsörk sem gerði nanóbottana til að mótast í formi hols rörs. Þessum nanóbótum var sprautað inn í mús (sem hafði verið framkölluð með árásargjarnum æxlisvexti), þeir ferðuðust um blóðrásina og náðu og bundust markmiði þess - æxlunum. Í kjölfarið berst farmur nanóbotna - ensímið Thrombin - og hindrar þar með æxlisblóðflæði sem leiðir til til storknunar blóðs í æðum sem næra æxlisvöxt, sem veldur eyðingu æxlisvefsins eða frumudauða. Allt þetta ferli, athyglisvert gerist mjög hratt og nanóbottarnir umkringja æxlið innan nokkurra klukkustunda frá inndælingunni. Vísbendingar um langt gengið segamyndun í öllum æxlisfrumum sáust eftir 36 klst. inndælingu.
Ennfremur sáu höfundarnir einnig um að setja sérstakan farm á yfirborði nanóbotnsins (kallaður DNA aptamer) sem myndi sérstaklega miða á prótein, kallað nucleolin, sem er framleitt í miklu magni eingöngu á yfirborði æxlisfrumna og minnkar þannig. líkurnar á því að nanóbottar ráðist nokkru sinni á heilbrigðu frumurnar niður í núll.Þessir nanóbottar minnkuðu ekki aðeins og drápu æxlisfrumurnar heldur komu einnig í veg fyrir meinvörp – afleiddan krabbameinsvöxt á fjarlægum stað.
Öryggi og skilvirkni
Höfundarnir leggja áherslu á að nanóbottar séu öruggir og ónæmisfræðilega óvirkir til notkunar í músum og jafnvel svínum og notkun nanóbotna sýndi engar breytingar á eðlilegri blóðstorknun annars staðar eða frumubyggingu eða neinu breechinto í heilanum. Þannig hafa þau verið tilnefnd sem örugg og áhrifarík til að miða á og minnka æxli án mögulegra óæskilegra aukaverkana. Flestir nanóbotnanna sáust einnig vera niðurbrotnir og hreinsaðir úr líkamanum eftir 24 klukkustundir. Þrátt fyrir að hægt sé að hanna nanóbotna í „afritunar-nanobots“ líkani, sem er skiljanlegt til að halda kostnaði niðri þar sem nokkur eintök eru gerð og aðrir nanóbottar eru sjálfgerðir, er ljóst að slíkri nálgun ætti aðeins að beita við sérstakar aðstæður . Að því er læknisfræði varðar þarf einnig að vera til staðar pottþéttur drápsrofi til að halda öfgakenndum aðstæðum í skefjum. Lögregluyfirvöld þurfa að útbúa reglur til að koma í veg fyrir misnotkun nanóbotna í læknisfræði, td vopnuðum nanóbottum. Þegar allir þættirnir eru vegnir inn í, færir virkni nanóbotna okkur að því marki að ekki er hægt að horfa framhjá þeim og að skoða hugsanlega nanóbotna þeirra verður mikilvægur þáttur í læknisfræði í framtíðinni.
Svipaða nálgun gæti verið notuð á mönnum þar sem höfundar hafa sýnt að þetta kerfi var einnig prófað á aðal músalungnakrabbameinslíkani - sem líkir eftir klínískum lungnaferli manna krabbamein sjúklinga- og sýndi afturför æxlis eftir tveggja vikna meðferð. Einnig voru þessar rannsóknir gerðar á músum og innan tveggja vikna sáust svipuð sannanleg áhrif á brjóstakrabbamein, sortuæxli, eggjastokka- og lungnakrabbamein hjá dýrunum. Rannsóknin þarf hins vegar að gera á mönnum til að staðfesta trúverðugleika svipaðra niðurstaðna og gera þarf öflugar klínískar rannsóknir til að ná því sama.
Mjög snjöll og markviss leið til að ráðast á krabbamein
Ein helsta áskorun krabbameinslyfja er að greina vandlega og rétt á milli krabbameinsæxlisfrumna og eðlilegra, heilbrigðra líkamsfrumna. Hefðbundin nálgun til að víkja sér undan og drepa æxlisfrumur - krabbameinslyfjameðferð og geislameðferð - nær ekki að miða á æxlisfrumurnar sértækt án þess að hafa samskipti við eðlilegar líkamsfrumur. Þannig hefur krabbameinslyfjameðferð og einnig geislameðferð tilhneigingu til að valda alvarlegum aukaverkunum, bæði minniháttar og meiriháttar, þar með talið líffæraskemmdum sem leiða til mjög skertrar meðferðar á krabbameini og þar með lágu lifun sjúklinga. Nanóbotar eins og þeir sem lýst er í þessari rannsókn eru fyrstir sinnar tegundar í spendýrum sem eru mjög sterkir og áhrifaríkir við að greina æxlisfrumur og draga úr vexti þeirra og fjölgun. Þetta DNA vélfærakerfi er hægt að nota til nákvæmrar og markvissrar krabbameinsmeðferðar fyrir margar tegundir krabbameins, þar sem allar æðar sem nærast á föstu æxli eru í meginatriðum eins.
Þessar rannsóknir hafa rutt brautina fyrir framtíðina til að byrja að hugsa og skipuleggja hagnýtar læknisfræðilegar lausnir með tækniframförum. Endanlegt markmið krabbameinsrannsókna er árangursrík útrýming á föstum æxlum, án alvarlegra aukaverkana og minnkað meinvörp. Þegar við skoðum þessa rannsókn sjáum við gríðarlega von um framtíðina þar sem þessi núverandi stefna gæti verið tilvalin til að ná lokamarkmiðinu að takast á við krabbamein. Og ekki aðeins krabbamein, þessa stefnu gæti einnig verið þróað sem lyfjaafhendingarvettvangur fyrir meðferð á mörgum öðrum sjúkdómum líka vegna þess að nálgunin væri einfaldlega að breyta uppbyggingu nanóbotna og breyta hlaðnum farmi. Einnig geta nanóbottar hjálpað okkur að skilja enn frekar hversu flókið mannslíkaminn og heilinn eru. Þetta mun einnig hjálpa til við að framkvæma sársaukalausar og ekki ífarandi skurðaðgerðir, jafnvel þær flóknustu. Tilgáta á þessum tímapunkti, vegna stærðar sinnar, gætu nanóbottar einnig vafrað í gegnum heilafrumurnar og búið til allar tengdar upplýsingar sem þarf til frekari rannsókna. Í framtíðinni, við skulum segja eftir tvo áratugi, gæti ein innspýting af nanóbotni getað læknað sjúkdóma að fullu.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Li S et al 2018. DNA nanóvélmenni virkar sem krabbameinslyf sem svar við sameindakveikju in vivo. Náttúru líftækni. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
