Ο Στυλιανός Λουκά κέρδισε το βραβείο Science & SciLifeLab για νέους επιστήμονες | Biology.gr

Καταπολέμηση του καρκίνου με νανορομποτ

Σε μια σημαντική πρόοδο στη νανοϊατρική, οι επιστήμονες του Κρατικού Πανεπιστημίου της Αριζόνα (ASU) σε συνεργασία με ερευνητές του Εθνικού Κέντρου Νανοεπιστήμης και Τεχνολογίας (NCNST) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, προγραμμάτισαν με επιτυχία τα nanorobots με σκοπό να εντοπίζουν και να συρρικνώνουν τους όγκους με τη διακοπή της παροχής αίματος

"Έχουμε αναπτύξει το πρώτο πλήρως αυτόνομο, ρομποτικό σύστημα DNA για πολύ ακριβή σχεδιασμό φαρμάκων και στοχοθετημένη θεραπεία καρκίνου", δήλωσε ο Hao Yan, διευθυντής του Κέντρου Μοριακής Σχεδίασης και Βιομεσολογίας του Ινστιτούτου Βιολογίας του ASU του καθηγητή Milton Glick στη Σχολή Μοριακών Επιστημών.

"Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία είναι μια στρατηγική που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλούς τύπους καρκίνου, δεδομένου ότι όλα τα αιμοφόρα αγγεία που τροφοδοτούν τους  συμπαγείς όγκους είναι ουσιαστικά τα ίδια", δήλωσε ο Yan.

Η πρώτη επιτυχημένη επίδειξη αυτής της τεχνολογίας που έγινε σε θηλαστικά χρησιμοποιώντας ως μοντέλα καρκίνο του μαστού, μελάνωμα, καρκίνο στις ωοθήκες και καρκίνο του πνεύμονα, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Biotechnology.

 

Ψάχνει και καταστρέφει…

Ο Yan είναι ειδικός στον τομέα του DNA origami, ο οποίος τις τελευταίες δύο δεκαετίες, έχει αναπτύξει αυτή την κατασκευή σε ατομική κλίμακα για το κάθε είδος καρκίνου και έχει καταφέρει να κατασκευάσει όλο και πιο σύνθετες δομές. Οι λίθοι για την κατασκευή αυτών των σύνθετων δομών προέρχονται από το DNA, το οποίο μπορεί να διπλώνει σε όλα τα σχήματα και τα μεγέθη - σε μια κλίμακα χίλιες φορές μικρότερη από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.

Η νανοϊατρική είναι ένας νέος κλάδος της ιατρικής που επιδιώκει να συνδυάσει τις γνώσεις της ιατρικής με την υπόσχεση της νανοτεχνολογίας  να ανοίξει εντελώς νέες οδούς για θεραπείες, όπως η κατασκευή μικροσκοπικών νανοσωματιδίων μεγέθους μορίων για τη διάγνωση και τη θεραπεία δύσκολων ασθενειών κι ιδιαίτερα του καρκίνου.

Μέχρι τώρα, η πρόκληση για την προώθηση της νανοϊατρικής ήταν δύσκολη επειδή οι επιστήμονες ήθελαν να σχεδιάσουν, να κατασκευάσουν και να ελέγξουν προσεκτικά τα nanorobots που θα αναζητήσουν και θα καταστρέψουν τους καρκινικούς όγκους - χωρίς να βλάπτουν τα υγιή κύτταρα.

Η διεθνής ομάδα ερευνητών ξεπέρασε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας μια φαινομενικά απλή στρατηγική για πολύ επιλεκτική αναζήτηση και εξάλειψη ενός όγκου.

Αυτό το έργο ξεκίνησε πριν από περίπου 5 χρόνια. Οι ερευνητές του NCNST θέλησαν αρχικά να περιορίσουν ειδικά την παροχή αίματος στον όγκο προάγοντας την πήξη του αίματος έχοντας υψηλά θεραπευτικά χαρακτηριστικά αποτελεσματικότητας και ασφάλειας σε πολλαπλούς συμπαγείς όγκους με τη χρήση νανοκατασκευών που είχαν ως βάση το DNA. Η εμπειρία του καθηγητή Hao Yan έχει αναβαθμίσει το σχεδιασμό αυτής της τεχνολογίας σε ένα πλήρως προγραμματιζόμενο ρομποτικό σύστημα, ικανό να εκτελέσει την αποστολή του μόνο του.

"Αυτά τα nanorobots μπορούν να προγραμματιστούν για να μεταφέρουν μοριακά ωφέλιμα φορτία και να προκαλέσουν επί τόπου το μπλοκάρισμα στην παροχή αίματος,οδηγώντας σε θάνατο των ιστών και κατ’ επέκταση σε συρρίκνωση του όγκου", δήλωσε ο Baoquan Ding, καθηγητής στο NCNST, που βρίσκεται στο Πεκίνο της Κίνας.

Nanorobots σε ρόλο διασώστη

Για να εκτελέσουν τη μελέτη τους, οι επιστήμονες εκμεταλλεύτηκαν ένα πολύ γνωστό μοντέλο όγκου -αυτό του ποντικού- όπου ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα εγχέονται σε ποντίκι για να προκαλέσουν επιθετική ανάπτυξη του όγκου. Μόλις αναπτυχθεί ο όγκος, επιστρατεύονται τα nanorobots.

Κάθε nanorobot είναι κατασκευασμένο από ένα επίπεδο, ορθογώνιο φύλλο origami DNA, μεγέθους  90 nanometers με 60 nanometers. Ένα βασικό ένζυμο πήξης αίματος, που ονομάζεται θρομβίνη, συνδέεται στην επιφάνεια.

Η θρομβίνη μπορεί να εμποδίσει τη ροή αίματος στον όγκου με την πήξη του αίματος μέσα στα αγγεία που τροφοδοτούν την ανάπτυξη του όγκου, προκαλώντας ένα είδος καρδιακής μίνι καρδιακής προσβολής και οδηγώντας σε θάνατο του όγκου.

  • Πρώτον, ένας μέσος όρος τεσσάρων μορίων θρομβίνης προσαρτήθηκε σε ένα επίπεδο ικρίωμα DNA.
  • Στη συνέχεια, το επίπεδο φύλλο αναδιπλώθηκε ως ένα φύλλο χαρτιού σε κύκλο για να δημιουργήσει ένα κοίλο σωλήνα.
  • Τέλος αυτό χορηγήθηκε με ενδοφλέβια ένεση σε ποντίκια και ταξιδεύοντας σε όλη την κυκλοφορία του αίματος, κατευθύνθηκε προς τους όγκους.

Το κλειδί για τον προγραμματισμό ενός nanorobot που επιτίθεται μόνο σε ένα καρκινικό κύτταρο ήταν να περιλαμβάνει ένα ειδικό ωφέλιμο φορτίο στην επιφάνεια του, που ονομάζεται απταμερές DNA. Το απταμερές του DNA θα μπορούσε να στοχεύσει ειδικά μια πρωτεΐνη, που ονομάζεται νουκλεολίνη, η οποία παράγεται σε μεγάλες ποσότητες μόνο στην επιφάνεια των ενδοθηλιακών κυττάρων του όγκου - και δεν βρίσκεται στην επιφάνεια των υγιών κυττάρων.

Αφού συνδεόταν με την επιφάνεια του αιμοφόρου αγγείου, το νανορομπότ προγραμματίστηκε, όπως και ο περιβόητος Δούρειος ίππος, να παραδώσει το ανυποψίαστο φορτίο του φαρμάκου στην ίδια την καρδιά του όγκου, εκθέτοντας ένα ένζυμο που ονομάζεται θρομβίνη που είναι το κλειδί για την πήξη του αίματος.

Τα nanorobots δούλεψαν γρήγορα, περιβάλλοντας τον όγκο μέσα σε λίγες μόνο ώρες μετά την ένεση.

Ασφαλής σχεδίαση

Πρώτα απ 'όλα, η ομάδα έδειξε ότι τα nanorobots ήταν ασφαλή και αποτελεσματικά στη συρρίκνωση των όγκων.

"Το nanorobot αποδείχθηκε ασφαλές και ανοσολογικά αδρανές για χρήση σε φυσιολογικά ποντίκια και επίσης σε μικρούς χοίρους Bama που δεν παρουσίασαν ανιχνεύσιμες αλλαγές στη φυσιολογική πήξη του αίματος ή στη μορφολογία των κυττάρων", δήλωσε ο Yuliang Zhao, επίσης καθηγητής στο NCNST.

Το πιο σημαντικό, ήταν ότι δεν υπήρξαν ενδείξεις ότι τα nanorobots διαδίδονται στον εγκέφαλο όπου θα μπορούσαν να προκαλέσουν ανεπιθύμητες παρενέργειες, όπως ένα εγκεφαλικό επεισόδιο.

"Τα nanorobots είναι ασφαλή για τους φυσιολογικούς ιστούς ποντικών και μεγάλων ζώων", δήλωσε ο Guangjun Nie, καθηγητής στο NCNST και βασικό μέλος της ομάδας συνεργασίας.

Η θεραπεία ανέστειλε την παροχή αίματος στον όγκο και προκάλεσε βλάβη στον ιστό του όγκου μέσα σε 24 ώρες ενώ δεν είχε καμία επίδραση στους υγιείς ιστούς. Μετά την επίθεση στους όγκους, τα περισσότερα από τα nanorobots αποικοδομήθηκαν και αποβλήθηκαν από το σώμα μετά από 24 ώρες.

Για τις επόμενες δύο ημέρες, υπήρχαν ενδείξεις προχωρημένης θρόμβωσης και για 3 ημέρες παρατηρήθηκαν θρόμβοι σε όλα τα αγγεία του όγκου.

Το κλειδί είναι να ενεργοποιήσετε τη θρομβίνη μόνο όταν βρίσκεται μέσα στα αιμοφόρα αγγεία του όγκου. Επίσης, στο μοντέλο ποντικού με μελάνωμα, 3 από τα 8 ποντίκια που έλαβαν τη θεραπεία με nanorobot έδειξαν πλήρη υποχώρηση των όγκων. Ο χρόνος επιβίωσης υπερδιπλασιάστηκε από 20,5 σε 45 ημέρες.

Δοκίμασαν επίσης το σύστημά τους σε ένα μοντέλο ποντικού με καρκίνο του πνεύμονα που μιμείται την κλινική πορεία των ασθενών με καρκίνο του πνεύμονα. Έδειξαν συρρίκνωση ιστών όγκου μετά από θεραπεία 2 εβδομάδων.

Η επιστήμη των πολύ μικρών οδηγεί σε μεγάλη πρόοδο

"Το nanorobot του DNA που είχε συνδεδεμένη τη θρομβίνη αποτελεί σημαντική πρόοδο στην εφαρμογή της νανοτεχνολογίας του DNA για τη θεραπεία του καρκίνου", δήλωσε ο Yan. "Σε ένα μοντέλο ποντικού με μελάνωμα, το nanorobot όχι μόνο επηρέασε τον πρωτογενή όγκο αλλά επίσης εμπόδισε τη μετάσταση, δείχνοντας  ότι η τεχνολογία αυτή είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος θεραπείας".

"Νομίζω ότι είμαστε πολύ πιο κοντά από ποτέ στην πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας", δήλωσε ο Yan. "Συνδυασμοί διαφορετικών ορθολογικώς σχεδιασμένων nanorobots που φέρουν διάφορους παράγοντες μπορεί να συμβάλλουν στην επίτευξη του τελικού στόχου της έρευνας για τον καρκίνο: την εξάλειψη των συμπαγών όγκων και των αγγείων των μεταστάσεων.

Print Friendly, PDF & Email
ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ

Αφήστε ένα σχόλιο
!-- -->

four × two =

Εγγραφείτε στο Newsletter μας!

Μείνετε ενήμεροι για νέα και άρθρα μας.

Χρησιμοποιούμε cookies για να σας προσφέρουμε καλύτερη εμπειρία στο διαδίκτυο. Συμφωνώντας, αποδέχεστε τη χρήση των cookies σύμφωνα με την Πολιτική Cookies.

Privacy Settings saved!
Ρυθμίσεις Απορρήτου

Όταν επισκέπτεστε μία ιστοσελίδα, μπορεί να λάβει κάποιες βασικές πληροφορίες από τον browser σας, κατά βάση υπό τη μορφή cookies. Εδώ μπορείτε να ρυθμίσετε τη συγκατάθεσή σας σε όλα αυτά.

Αυτά τα cookies είναι απαραίτητα για να λειτουργήσει ο ιστότοπος και δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί στα συστήματά μας.

Χρησιμοποιούμε το WooCommerce ως σύστημα αγορών. Για επεξεργασία καλαθιού και παραγγελίας θα αποθηκευτούν 2 cookies. Αυτά τα cookies είναι απολύτως απαραίτητα και δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν.
  • woocommerce_cart_hash
  • woocommerce_items_in_cart

Για τη χρήση αυτού του ιστότοπου χρησιμοποιούμε τα παρακάτω cookies που απαιτούνται από τεχνική άποψη
  • wordpress_test_cookie
  • wordpress_logged_in_
  • wordpress_sec

Χρησιμοποιούμε το WooCommerce ως σύστημα αγορών. Για επεξεργασία καλαθιού και παραγγελίας θα αποθηκευτούν 2 cookies. Αυτά τα cookies είναι απολύτως απαραίτητα και δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν.
  • woocommerce_cart_hash
  • woocommerce_items_in_cart

Απορρίψη όλων των υπηρεσιών
Δέχομαι όλες τις υπηρεσίες