Нанороботы-убийцы: новое слово в онкологии

Учёные из Каролинского института в Швеции сделали прорыв в исследовании рака, создав нанороботов из "оригами из ДНК", которые могут целенаправленно уничтожать раковые клетки у мышей. Эта инновация, описанная в журнале Nature Nanotechnology , демонстрирует потенциал нанотехнологий для революционного лечения рака и даёт надежду на будущие применения у людей.

Эта новость появляется вскоре после смелого прогноза известного футуриста Рэймонда Курцвейла, который в своей последней книге " Сингулярность ближе ", выпущенной 25 июня, предсказал , что нанороботы скоро смогут продлить человеческую жизнь до 1000 лет. Курцвейл прогнозирует, что к 2030-м годам медицинские нанороботы позволят людям преодолеть ограничения биологических органов.

Эти предсказания становятся всё более реальными благодаря работе учёных из Каролинского института, которые разработали нанороботов, способных с беспрецедентной точностью находить и уничтожать раковые клетки, не затрагивая здоровые ткани. В основе этого достижения лежат наноструктуры, построенные с использованием ДНК, называемые "оригами из ДНК". Трёхмерный дизайн таких нанороботов позволяет им быть чувствительными к pH и функционировать автономно.

Голова наноробота содержит полость, скрывающую шесть цитотоксических лигандов, расположенных в виде шестиугольника. Эти пептиды способны связываться с рецепторами смерти на раковых клетках и активировать их. При нормальных физиологических условиях, таких как pH 7.4, лиганды остаются скрытыми, делая наноробота инертным и безвредным. Однако при pH 6.5, характерном для раковых тканей, запускается "убийственный механизм", и структуры ДНК разворачиваются, обнажая цитотоксические лиганды. Эти лиганды затем активируют рецепторы смерти на поверхности раковых клеток, вызывая апоптоз или запрограммированную гибель клеток.

Техника "оригами из ДНК" позволяет точно контролировать пространственное расположение лигандов, обеспечивая оптимальную активацию рецепторов смерти, что критично для эффективного уничтожения клеток. Этот уровень точности в нацеливании и активации рецепторов смерти отличает эту технологию от традиционных методов лечения рака, которые часто не обладают такой специфичностью и могут вызывать значительные побочные эффекты.

"Эта шестиугольная наноструктура из пептидов становится смертельным оружием," объяснил доктор Бьёрн Хёгберг, профессор медицинской биохимии и биофизики и главный автор исследования. "Если бы это применялось как лекарство, оно бы неизбирательно убивало клетки в организме, что было бы крайне нежелательно. Чтобы обойти эту проблему, мы спрятали оружие внутри наноструктуры из ДНК."

Нанороботы, состоящие из всего нескольких нанометров, могут выполнять специфические задачи внутри организма на молекулярном уровне. В данном случае нанороботы оснащены датчиками и биохимическими агентами, способными распознавать и атаковать раковые клетки. Использование ДНК для создания нанороботов обеспечивает их биосовместимость, что позволяет им перемещаться по телу без вызова негативных реакций.

После введения в организм нанороботы из ДНК-оригами путешествуют по кровеносной системе, обнаруживая раковые клетки по характерным для злокачественных опухолей уровню кислотности. По достижении цели нанороботы высвобождают терапевтический агент, вызывающий гибель клеток и эффективно уничтожая раковые клетки.

В экспериментальных испытаниях на мышах с человеческими опухолями груди наноустройства продемонстрировали значительное уменьшение роста опухолей, достигая до 70% снижения. Этот впечатляющий успех открывает путь для дальнейших исследований и возможных клинических испытаний на людях.

Потенциальные последствия этой технологии являются глубокими. Нанороботы из ДНК-оригами могут революционизировать методы лечения рака, предлагая более целенаправленную и менее инвазивную альтернативу текущим методам. Способность точно нацеливаться на раковые клетки, сохраняя здоровые ткани, может открыть новые возможности для терапии рака, делая её более эффективной и менее вредной по сравнению с методами, такими как химиотерапия и радиация.

Кроме того, принципы, лежащие в основе этой технологии, могут быть применены к другим заболеваниям, где целевая гибель клеток полезна, например, к определённым аутоиммунным заболеваниям и вирусным инфекциям. Универсальность и программируемость ДНК-оригами делают её мощным инструментом в разработке передовых медицинских методов лечения.

Несмотря на многообещающие результаты, учёные предупреждают, что остаётся несколько вызовов, прежде чем эту технологию можно будет широко использовать в клинической практике. К ним относятся обеспечение стабильности и долговечности нанороботов в человеческом теле, масштабирование производства этих наноструктур и тщательное тестирование на предмет непредвиденных побочных эффектов.

"Нам теперь нужно исследовать, работает ли это на более продвинутых моделях рака, которые больше похожи на реальное человеческое заболевание," пояснил доктор Ян Ванг, соавтор исследования и исследователь из Департамента медицинской биохимии и биофизики Каролинского института. "Нам также нужно выяснить, какие побочные эффекты имеет этот метод, прежде чем он будет протестирован на людях."

Учёные также планируют исследовать возможность создания более целенаправленных нанороботов из ДНК-оригами, которые могут связываться исключительно с определёнными типами рака. Это может быть достигнуто путём изменения расположения белков или пептидов на поверхности устройства.

Если эта технология окажется успешной, она может стать прорывом в онкологии, предоставив новый, высокоэффективный инструмент для борьбы с одной из самых стойких проблем здравоохранения.

Этот прорыв также может стать началом множества нанотехнологий, которые приведут к будущему, предсказанному Рэймондом Курцвейлом, когда выживание человечества больше не будет ограничено биологическими пределами.