Что можно представить, когда видишь словосочетание «нанороботы лечат людей»? В голову приходит образ маленького металлического андроида, путешествующего по организму человека. Такие роботы скорее напоминают блоху, подкованную левшой. В действительности же эти боты больше похожи на вирусы, из-за которых мы болеем гриппом, или на бактерии, которые могут вызвать у нас пневмонию.
Френсис Крик и Джеймс Уотсон в далеком 1953 году предложили модель ДНК, которая представляет собой двойную цепь, и оказались правы. Одна нить состоит из азотистых оснований, соединенных между собой связями остатка фосфорной кислоты и сахара (дезоксирибозы). Вторая же нить комплиментарно присоединена азотистыми основаниями к первой цепи с помощью водородных связей. Комплементарность означает, что аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), а гуанин (G) с цитозином (C).
Подобная структура открывает широкий диапазон для манипуляций со спиралью ДНК: изменение структуры нити ДНК, использование олигонуклеотидов (короткие фрагменты ДНК с ограниченным количеством азотистых оснований) для анализа состава ДНК, но самым интересным является создание ДНК нанороботов.
Сборка подобных роботов возможна благодаря ДНК-оригами, технологии позволяющей производить ДНК-наноструктуры определенного размера и формы.
Что позволяет этим роботам уничтожать опухоли?
Как и любой орган в человеческом организме новообразования имеют кровоснабжение через собственные сосуды. Задача ДНК нанороботов — перекрыть сосуды опухоли, лишив её, таким образом, питания. Для выполнения этих целей в роботах “спрятан” тромбин, белок крови, запускающий процесс коагуляции.
Каркас нанороботов имеет форму трубки, которая раскрывается только в присутствии нуклеолина. Белок нуклеолин участвует в росте и метастазировании опухоли, поэтому трубка “выпустит” содержимое только возле новообразования. Так не возникнет ситуации, когда фибриновый сгусток будет образован посреди сосуда, питающего важный орган.
- Сборку «наполненного» тромбином ДНК наноробота можно представить в виде четырех этапов:
- I) Скручивание одиночных цепей ДНК M13 бактериофага (так называется вирус бактерии) и формирование прямоугольного ДНК-листа размером 90 нм x 60 нм x 2 нм.
- II) Прикрепление на поверхность ДНК-листа тромбина с помощью ДНК-зондов.
III) Присоединение «застежек» и направляющих нитей, что приводит к формированию трубчатого ДНК-наноробота, на концах которого находятся молекулы аптамеры (олигонуклеотиды, которые связываются с молекулами-мишенями: сосудами опухоли в нашем случае).
- IV) Трубчатый “нанодоставщик” раскрывается при контакте с нуклеолином и освобождает тромбин
- Картинки ДНК нанороботов в закрытом (слева) и открытом (справа) виде, которые были получены с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа. Четыре светлых пятна на поверхности открытого робота (обведены белым) представляют собой молекулы тромбина.
Нанороботы доказали свою безопасность в экспериментах на мышах и карликовых свиньях. Лечение заблокировало кровоснабжение опухоли за 24 часа, не затронув другие ткани и органы. Более того, нанороботы были полностью удалены из организма через 24 часа. Уже в течение первых двух дней обнаружились признаки начала процесса тромбоза, а на третий день тромбы были обнаружены во всех сосудах опухоли. Подобные оптимистичные результаты подают большие надежды на практическое применение ДНК нанороботов в лечении больных со злокачественными новообразованиями. Помимо этого, Юлианг Цао, один из авторов исследования, отмечает, что “подобная стратегия может быть использована как платформа для доставки лекарств при терапии других болезней с помощью модификации формы наноструктур, органов-мишеней и содержимого носителей”.
Источник: http://www.nature.com/articles/nbt.4071
