Dalam kajian baru-baru ini, penyelidik telah membangunkan buat pertama kalinya sistem nanorobotik autonomi sepenuhnya untuk menyasarkan kanser secara khusus.
Dalam kemajuan besar dalam bidang nanomedik, bidang yang menggabungkan nanoteknologi dengan perubatan, para penyelidik telah membangunkan saluran baru rawatan terapeutik menggunakan zarah nano bersaiz molekul yang sangat kecil (mesin atau robot yang hampir dengan skala mikroskopik nanometer 10-9m) hingga sasaran kanser, dalam kajian luar biasa ini diterbitkan dalam Alam Bioteknologi.
DNA origami nanobot: pengangkut ajaib
DNA origami ialah satu proses di mana DNA dilipat dalam tahap skala nano dan digunakan untuk membina struktur aktif pada skala terkecil (origami seperti dalam seni lipatan kertas). DNA ialah penyimpanan maklumat yang hebat dan oleh itu struktur yang dibina daripadanya boleh digunakan sebagai pembawa maklumat. Selaras dengan keupayaan ini, nanozarah DNA ini (atau 'DNA nanorobots' atau 'nanorobots' atau ringkasnya 'nanobots') boleh menggerakkan dan mengangkat kargo pada skala terkecil untuk tugas-tugas tertentu dalam tubuh manusia dan dengan itu sesuai untuk banyak nanorobotik aplikasi. Saiz nanobot sedemikian adalah 1000 kali lebih kecil daripada sehelai rambut manusia. Bidang nanorobotik ini telah penuh dengan keterujaan sejak dua dekad yang lalu dan ramai pakar telah menumpukan pada membangunkan struktur skala nano sedemikian berdasarkan DNA yang boleh melipat diri mereka ke dalam pelbagai bentuk dan saiz untuk merevolusikan perubatan terutamanya terapi dan penghantaran ubat.
Teknologi Nanorobot kini digunakan secara meluas dan telah merevolusikan bidang seperti pengimejan perubatan, peranti, penderia, sistem tenaga dan juga perubatan. Dalam bidang perubatan, nanobotsha mempunyai kelebihan yang ketara terutamanya kerana ia tidak menghasilkan sebarang aktiviti berbahaya, tidak mempunyai kesan sampingan yang mungkin dan sangat spesifik di mana tapak dalam badan mereka akan disasarkan dan beroperasi. Kos permulaan pembangunan nanorobots mungkin tinggi tetapi pembuatan apabila dilakukan dengan kaedah konvensional pemprosesan kelompok mengurangkan kos ke tahap yang besar. Selanjutnya, saiz kecil nanorobots menjadikannya sesuai untuk menyasarkan bakteria dan virus. Selain itu, nanorobot kecil boleh disuntik dengan mudah ke dalam badan dan ia mudah terapung melalui darah (sistem peredaran darah) dan membantu dalam mengesan masalah dan merawatnya. Nanobots telah mendapat banyak kepentingan dalam penyelidikan kanser kerana ia boleh menjadi alternatif kemoterapi yang tidak menyakitkan yang sebaliknya sangat menekan dan meletakkan beban peribadi dan kewangan yang besar kepada pesakit. Kemoterapi bukan sahaja cara yang keras untuk merawat kanser, tetapi selain daripada menyerang sel-sel kanser, prosedur ini meninggalkan beberapa kesan sampingan di seluruh badan. Namun sains belum dapat menemui sebarang alternatif baharu kepada kemoterapi untuk merawat penyakit yang mengancam nyawa ini dipanggil kanser. Nanobots mempunyai potensi untuk mengubah senario ini pada tahun-tahun akan datang dengan menjadi alternatif yang lebih cekap, bijak dan disasarkan untuk menyerang kanser.
Mensasarkan kanser
Dalam kajian terbaru ini, kerjasama antara Arizona State University, Amerika Syarikat, dan Pusat Kebangsaan untuk Nano sains dan Teknologi Akademi Sains China, Beijing, penyelidik telah berjaya mereka bentuk, membina dan mengawal nanobot automatik dengan teliti untuk mencari secara aktif dan memusnahkan tumor kanser di dalam badan secara aktif – sambil tidak membahayakan mana-mana sel yang sihat. Mereka mengatasi beberapa cabaran yang telah melanda saintis nano selama lebih dua dekad, dengan mereka bentuk dan menggunakan strategi yang sangat mudah dan mudah untuk mencari dan memusnahkan tumor. Strateginya adalah untuk secara khusus memotong bekalan darah dalam sel tumor dengan mendorong pembekuan darah ke dalam sel tumor menggunakan nanobot berasaskan DNA. Jadi, mereka memikirkan sesuatu yang kelihatan mudah - pasangkan enzim pembekuan darah utama (dipanggil Thrombin) pada permukaan nanobot origami DNA berskala nano yang rata. Purata empat molekul Thrombin telah dilekatkan pada permukaan rata DNA kepingan origami bersaiz 90nm kali 60nm. Lembaran rata ini dilipat seperti helaian kertas menjadikan acuan nanobot menjadi bentuk tiub berongga. Nanobots ini disuntik ke dalam tetikus (yang telah diinduksi dengan pertumbuhan tumor yang agresif), mereka mengembara ke seluruh aliran darah mencapai dan mengikat sasarannya - tumor. Selepas itu, kargo nanobot - enzim Thrombin - dihantar dengan itu menghalang aliran darah tumor yang membawa kepada kepada pembekuan darah di dalam saluran yang memberi makan kepada pertumbuhan tumor, menjana kemusnahan tisu tumor atau kematian sel. Keseluruhan proses ini, menariknya berlaku dengan sangat pantas dan nanobot mengelilingi tumor dalam beberapa jam selepas suntikan. Bukti trombosis lanjutan, dalam semua sel tumor diperhatikan selepas 36 jam suntikan.
Selanjutnya, penulis juga mengambil berat memasukkan muatan khas pada permukaan nanobot (dipanggil aptamer DNA) yang secara khusus akan menyasarkan protein, dipanggil nukleolin, yang dibuat dalam jumlah yang tinggi hanya pada permukaan sel tumor, sekali gus mengurangkan kemungkinan nanobots pernah menyerang sel yang sihat kepada sifar. Nanobots ini bukan sahaja mengurangkan dan membunuh sel tumor tetapi juga menghalang metastasis - pertumbuhan kanser sekunder di tapak yang jauh.
Keselamatan dan keberkesanan
Penulis menekankan bahawa nanobot adalah selamat dan lengai secara imunologi untuk digunakan pada tikus dan juga babi dan penggunaan nanobot tidak menunjukkan perubahan dalam pembekuan darah normal di tempat lain atau struktur sel atau mana-mana breechinto otak. Oleh itu, ia telah ditetapkan sebagai selamat dan berkesan untuk menyasarkan dan mengecutkan tumor tanpa sebarang kesan sampingan yang tidak diingini. Kebanyakan nanobot juga dilihat merendahkan dan membersihkan badan selepas 24 jam. Walaupun nanobots boleh direka bentuk dalam model 'replikasi nanobots', yang boleh difahami untuk mengurangkan kos kerana beberapa salinan dibuat dan nanobot lain dijana sendiri, adalah jelas bahawa pendekatan sedemikian hanya boleh digunakan dalam keadaan khas. . Berkenaan bidang perubatan, suis bunuh kalis mudah juga perlu disediakan untuk mengelakkan sebarang keadaan yang melampau. Pihak berkuasa undang-undang perlu merangka peraturan untuk mengelakkan sebarang penyalahgunaan nanobot dalam perubatan, contohnya nanobot bersenjata. Semua faktor apabila ditimbang, keberkesanan nanobots membawa kita ke tahap yang tidak boleh diabaikan dan melihat potensi nanobots mereka akan menjadi komponen penting dalam perubatan pada masa hadapan.
Pendekatan yang sama boleh digunakan pada manusia kerana pengarang telah menunjukkan bahawa sistem ini juga diuji pada model kanser paru-paru tetikus utama - yang meniru perjalanan klinikal paru-paru manusia kanser pesakit- dan menunjukkan regresi tumor selepas rawatan selama dua minggu. Selain itu, kajian ini telah dijalankan ke atas tikus, dan dalam masa dua minggu kesan yang sama ditunjukkan pada kanser payudara, melanoma, ovari dan kanser paru-paru dilihat pada haiwan. Kajian itu, bagaimanapun perlu dilakukan pada manusia untuk mengesahkan kebolehpercayaan keputusan yang sama dan ujian klinikal yang teguh perlu dijalankan untuk mencapai perkara yang sama.
Cara yang sangat bijak dan disasarkan untuk menyerang kanser
Salah satu cabaran utama terapeutik kanser adalah dengan teliti dan betul membezakan antara sel tumor kanser dan sel badan yang normal dan sihat. Pendekatan konvensional untuk mengelak dan membunuh sel tumor - kemoterapi dan terapi sinaran - gagal menyasarkan sel tumor secara selektif tanpa berinteraksi dengan sel badan normal. Oleh itu, kemoterapi dan juga terapi sinaran cenderung menyebabkan kesan sampingan yang serius, baik kecil dan besar, termasuk kerosakan organ yang mengakibatkan rawatan kanser yang sangat terjejas dan dengan itu kadar survival yang rendah di kalangan pesakit. Nanobots seperti yang diterangkan dalam kajian ini adalah yang pertama seumpamanya dalam mamalia yang sangat kuat dan berkesan dalam mengenal pasti sel tumor dan mengurangkan pertumbuhan dan percambahannya. Sistem robotik DNA ini boleh digunakan untuk terapi kanser yang tepat dan disasarkan untuk pelbagai jenis kanser, kerana semua saluran darah yang memberi makan tumor pepejal adalah sama.
Penyelidikan ini telah membuka jalan kepada masa depan untuk mula berfikir dan merancang penyelesaian perubatan praktikal menggunakan kemajuan teknologi. Matlamat utama penyelidikan kanser adalah kejayaan membasmi tumor pepejal, tanpa kesan sampingan yang teruk dan mengurangkan metastasis. Melihat kepada kajian ini, kami melihat harapan yang besar untuk masa depan di mana strategi semasa ini boleh menjadi ideal untuk mencapai matlamat utama untuk menangani kanser. Dan bukan sahaja kanser, strategi ini juga boleh dibangunkan sebagai platform penyampaian ubat untuk rawatan banyak penyakit lain juga kerana pendekatannya hanya mengubah suai struktur nanobot dan mengubah kargo yang dimuatkan. Selain itu, nanobots boleh membantu kita untuk lebih memahami kerumitan badan dan otak manusia. Ini juga akan membantu dalam melakukan pembedahan yang tidak menyakitkan dan tidak invasif, malah yang paling rumit. Secara hipotesis pada ketika ini, disebabkan saiz nanobots mereka juga boleh melayari sel otak dan menjana semua maklumat berkaitan yang diperlukan untuk penyelidikan lanjut. Pada masa hadapan, katakan dua dekad dari sekarang, satu suntikan nanobot mungkin dapat menyembuhkan penyakit sepenuhnya.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Li S et al 2018. Nanorobot DNA berfungsi sebagai terapeutik kanser sebagai tindak balas kepada pencetus molekul dalam vivo. Alam Bioteknologi. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
