Նանորոբոտիկա – Քաղցկեղի դեմ պայքարելու ավելի խելացի և նպատակաուղղված միջոց

Վերջերս կատարած ուսումնասիրության ժամանակ հետազոտողները առաջին անգամ մշակել են լիովին ինքնավար նանորոբոտիկ համակարգ՝ հատուկ քաղցկեղի դեմ պայքարելու համար:

Նանոբժշկության խոշոր առաջընթացի մեջ, որը համատեղում է նանոտեխնոլոգիան բժշկության հետ, հետազոտողները մշակել են թերապևտիկ բուժման նոր ուղիներ՝ օգտագործելով շատ փոքր, մոլեկուլի չափ նանոմասնիկներ (մեքենա կամ ռոբոտներ, որոնք մոտ են 10-9 մ նանոմետրի մանրադիտակային մասշտաբին): թիրախ քաղցկեղ, այս ուշագրավ ուսումնասիրության մեջ, որը հրապարակվել է Բնության կենսատեխնոլոգիա.

ԴՆԹ օրիգամի նանոբոտ. կախարդական փոխադրող

ԴՆԹ - 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 նանոռոբոտիկ 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 տեխնոլոգիան այժմ լայնորեն կիրառվում է և արդեն հեղափոխել է այնպիսի ոլորտներ, ինչպիսիք են բժշկական պատկերները, սարքերը, սենսորները, էներգետիկ համակարգերը և նաև բժշկությունը: Բժշկության մեջ նանոբոտները զգալի առավելություններ ունեն հիմնականում այն ​​պատճառով, որ դրանք չեն առաջացնում որևէ վնասակար գործողություններ, չունեն հնարավոր կողմնակի ազդեցություն և շատ կոնկրետ են, թե մարմնի որ տեղն են թիրախավորելու և վիրահատելու: Նանոռոբոտների ստեղծման սկզբնական արժեքը կարող է բարձր լինել, բայց արտադրությունը, երբ այն կատարվում է խմբաքանակային մշակման սովորական մեթոդով, զգալիորեն նվազեցնում է արժեքը: Ավելին, նանոռոբոտների փոքր չափերը դրանք դարձնում են իդեալական բակտերիաների և վիրուսների թիրախավորման համար: Նաև փոքրիկ նանորոբոտը կարող է շատ հեշտությամբ ներարկվել օրգանիզմ, և այն հեշտությամբ լողում է արյան միջով (շրջանառության համակարգ) և օգնում է հայտնաբերել խնդիրները և բուժել դրանք: Նանոբոտները մեծ նշանակություն են ձեռք բերել քաղցկեղի հետազոտության մեջ, քանի որ դրանք կարող են լինել քիմիաթերապիայի ցավազուրկ այլընտրանք, որն այլապես շատ սթրեսային է և մեծ անձնական և ֆինանսական բեռ է դնում հիվանդի վրա: Քիմիաթերապիան ոչ միայն քաղցկեղի բուժման դաժան միջոց է, այլև քաղցկեղի բջիջների վրա հարձակումից բացի, ընթացակարգը թողնում է մի շարք կողմնակի ազդեցություններ ամբողջ մարմնում: Այնուամենայնիվ, գիտությունը չի կարողացել հայտնաբերել քիմիաթերապիայի որևէ նոր այլընտրանք՝ քաղցկեղ կոչվող կյանքին սպառնացող այս հիվանդության բուժման համար: Նանոբոտները ներուժ ունեն փոխելու այս սցենարը առաջիկա տարիներին՝ լինելով ավելի արդյունավետ, ավելի խելացի և թիրախավորված այլընտրանքային հարձակման քաղցկեղ:

Քաղցկեղի թիրախավորում

Այս վերջին ուսումնասիրության մեջ Արիզոնայի պետական ​​համալսարանի (ԱՄՆ) և Ազգային կենտրոնի համագործակցությունը Nano Պեկինի Չինաստանի Գիտությունների ակադեմիայի գիտության և տեխնոլոգիայի հետազոտողները հաջողությամբ նախագծել, կառուցել և զգուշորեն կառավարել են ավտոմատացված նանոբոտներ՝ մարմնի ներսում քաղցկեղային ուռուցքները ակտիվորեն փնտրելու և ճշգրիտ ոչնչացնելու համար՝ չվնասելով առողջ բջիջներից որևէ մեկին: Նրանք հաղթահարեցին մի քանի մարտահրավերներ, որոնք տանջում էին նանո գիտնականներին ավելի քան երկու տասնամյակ՝ նախագծելով և օգտագործելով շատ պարզ և պարզ ռազմավարություն՝ ուռուցքը որոնելու և ոչնչացնելու համար: Ռազմավարությունն այն էր, որ հատուկ կերպով դադարեցվեր արյան մատակարարումը ուռուցքային բջիջում՝ արյան կոագուլյացիա հրահրելով ուռուցքային բջիջ՝ օգտագործելով ԴՆԹ-ի վրա հիմնված նանոբոտներ: Այսպիսով, նրանք մտածեցին մի պարզ թվացող բանի մասին՝ միացնել արյունը մակարդող առանցքային ֆերմենտը (որը կոչվում է Թրոմբին) հարթ, նանոմաշտաբով ԴՆԹ օրիգամի նանոբոտի մակերեսին: Թրոմբինի միջին չորս մոլեկուլները կցված էին հարթ մակերեսին ԴՆԹ - օրիգամիի թերթ 90 նմ 60 նմ չափի։ Այս հարթ թերթիկը ծալված էր թղթի պես, որի արդյունքում նանոբոտները ձևավորվում էին խոռոչ խողովակի տեսքով: Այս նանոբոտները ներարկվել են մկնիկի մեջ (որը հրահրվել է ուռուցքի ագրեսիվ աճով), նրանք ճանապարհորդել են ամբողջ արյան հոսքով՝ հասնելով և կապվելով նրա թիրախին՝ ուռուցքներին: Այնուհետև, նանոբոտի բեռը՝ Թրոմբին ֆերմենտը, դուրս է գալիս՝ արգելափակելով ուռուցքի արյան հոսքը։ արյան մակարդում այն ​​անոթներում, որոնք սնուցում են ուռուցքի աճը՝ առաջացնելով ուռուցքային հյուսվածքի ոչնչացում կամ բջիջների մահ։ Այս ամբողջ գործընթացը, հետաքրքիր է, տեղի է ունենում շատ արագ, և նանոբոտները շրջապատում են ուռուցքը ներարկումից մի քանի ժամվա ընթացքում: Բոլոր ուռուցքային բջիջներում առաջադեմ թրոմբոզի ապացույցներ են նկատվել ներարկումից 36 ժամ հետո:

Ավելին, հեղինակները նաև հոգ են տարել նանոբոտի մակերեսի վրա հատուկ ծանրաբեռնվածություն ներառելու մասին (որը կոչվում է ԴՆԹ ապտամեր), որը հատուկ թիրախավորում է սպիտակուցը, որը կոչվում է նուկլեոլին, որը մեծ քանակությամբ արտադրվում է միայն ուռուցքային բջիջների մակերեսի վրա՝ այդպիսով նվազեցնելով: նանոբոտները երբևէ հարձակվելու են առողջ բջիջների վրա: Այս նանոբոտները ոչ միայն նվազեցնում և սպանում են ուռուցքային բջիջները, այլև կանխում են մետաստազները՝ երկրորդական քաղցկեղի աճը հեռավոր վայրում:

Անվտանգություն և արդյունավետություն

Հեղինակները շեշտում են, որ նանոբոտներն անվտանգ և իմունոլոգիապես իներտ են մկների և նույնիսկ խոզերի համար, և նանոբոտների օգտագործումը որևէ այլ տեղ արյան նորմալ կոագուլյացիայի կամ բջիջների կառուցվածքի կամ ուղեղի որևէ բրեչինի փոփոխություն ցույց չի տվել: Այսպիսով, դրանք նշանակվել են որպես անվտանգ և արդյունավետ ուռուցքների թիրախավորման և կրճատման համար՝ առանց որևէ հնարավոր անցանկալի կողմնակի ազդեցությունների: Նանոբոտների մեծ մասը նույնպես 24 ժամ հետո քայքայվում և հեռանում են մարմնից: Թեև նանոբոտները կարող են նախագծվել «կրկնվող նանոբոտների» մոդելով, ինչը հասկանալի է ծախսերը ցածր պահելու համար, քանի որ պատրաստվում են մի քանի օրինակներ և այլ նանոբոտները ինքնուրույն են արտադրվում, պարզ է, որ նման մոտեցումը պետք է կիրառվի միայն հատուկ հանգամանքներում: . Ինչ վերաբերում է բժշկության ոլորտին, ապա անհրաժեշտ է նաև ստեղծել անխոհեմ սպանության անջատիչ, որպեսզի զերծ մնա ցանկացած ծայրահեղ հանգամանքից: Իրավական մարմինները պետք է կանոնակարգեր մշակեն՝ բժշկության մեջ նանոբոտների չարաշահումից խուսափելու համար, օրինակ՝ սպառազինված նանոբոտները: Բոլոր գործոնները, երբ կշռադատվում են, նանոբոտների արդյունավետությունը մեզ բերում է մի կետի, որ դրանք չեն կարող անտեսվել, և նրանց հնարավոր նանոբոտներին նայելը ապագայում բժշկության կարևոր բաղադրիչ կլինի:

Նմանատիպ մոտեցում կարող է կիրառվել մարդկանց վրա, քանի որ հեղինակները ցույց են տվել, որ այս համակարգը փորձարկվել է նաև մկան թոքերի քաղցկեղի առաջնային մոդելի վրա, որը նմանակում է մարդու թոքերի կլինիկական ընթացքը: քաղցկեղ հիվանդներ- և երկշաբաթյա բուժումից հետո ցույց են տվել ուռուցքի հետընթաց: Բացի այդ, այս ուսումնասիրություններն անցկացվել են մկների վրա, և երկու շաբաթվա ընթացքում կենդանիների մոտ նկատվել է նմանատիպ ակնհայտ ազդեցություն կրծքագեղձի, մելանոմայի, ձվարանների և թոքերի քաղցկեղի վրա: Այնուամենայնիվ, ուսումնասիրությունը պետք է կատարվի մարդկանց վրա՝ հաստատելու նմանատիպ արդյունքների արժանահավատությունը, և նույնը հասնելու համար անհրաժեշտ է իրականացնել ամուր կլինիկական փորձարկումներ:

Քաղցկեղի վրա հարձակվելու շատ խելացի և նպատակաուղղված միջոց

Քաղցկեղի թերապիայի հիմնական մարտահրավերներից մեկը քաղցկեղի ուռուցքային բջիջների և մարմնի նորմալ, առողջ բջիջների զգույշ և ճիշտ տարբերակումն է: Ուռուցքային բջիջները խուսափելու և ոչնչացնելու սովորական մոտեցումը՝ քիմիաթերապիան և ճառագայթային թերապիան, չի հաջողվում ընտրողաբար թիրախավորել ուռուցքային բջիջները՝ առանց մարմնի նորմալ բջիջների հետ փոխազդելու: Այսպիսով, քիմիաթերապիան և նաև ճառագայթային թերապիան հակված են առաջացնել լուրջ կողմնակի բարդություններ, ինչպես փոքր, այնպես էլ մեծ, ներառյալ օրգանների վնասումը, որը հանգեցնում է քաղցկեղի բուժման շատ վատթարացման և, հետևաբար, հիվանդների շրջանում գոյատևման ցածր մակարդակի: Այս հետազոտության մեջ նկարագրված նանոբոտներն իր տեսակի մեջ առաջինն են կաթնասունների մեջ, որոնք շատ ուժեղ և արդյունավետ են ուռուցքային բջիջները հայտնաբերելու և դրանց աճն ու տարածումը նվազեցնելու համար: Այս ԴՆԹ-ի ռոբոտային համակարգը կարող է օգտագործվել քաղցկեղի շատ տեսակների ճշգրիտ և նպատակային թերապիայի համար, քանի որ բոլոր պինդ ուռուցքները սնուցող արյունատար անոթները հիմնականում նույնն են:

Այս հետազոտությունը ճանապարհ է հարթել ապագայի համար՝ սկսելու մտածել և պլանավորել գործնական բժշկական լուծումներ՝ օգտագործելով տեխնոլոգիական առաջընթացը: Քաղցկեղի հետազոտության վերջնական նպատակը պինդ ուռուցքների հաջող վերացումն է՝ առանց լուրջ կողմնակի ազդեցությունների և նվազեցված մետաստազների: Նայելով այս ուսումնասիրությանը, մենք տեսնում ենք մեծ հույս ապագայի համար, որտեղ այս ներկայիս ռազմավարությունը կարող է իդեալական լինել քաղցկեղի դեմ պայքարի վերջնական նպատակին հասնելու համար: Եվ ոչ միայն քաղցկեղը, այլ այս ռազմավարությունը կարող է նաև մշակվել որպես դեղամիջոցների առաքման հարթակ բազմաթիվ այլ հիվանդությունների բուժման համար, քանի որ մոտեցումը պարզապես կփոխի նանոբոտների կառուցվածքը և կփոխի բեռնված բեռները: Բացի այդ, նանոբոտները կարող են օգնել մեզ ավելի լավ հասկանալու մարդու մարմնի և ուղեղի բարդությունը: Սա նաև կօգնի իրականացնել ցավազուրկ և ոչ ինվազիվ վիրահատություններ, նույնիսկ ամենաբարդները: Հիպոթետիկորեն այս պահին, իրենց չափսերի շնորհիվ նանոբոտները կարող են նաև ճամփորդել ուղեղի բջիջների միջով և ստեղծել հետագա հետազոտությունների համար պահանջվող ողջ տեղեկատվությունը: Ապագայում, ենթադրենք երկու տասնամյակ անց, նանոբոտի մեկ ներարկումը կարող է ամբողջությամբ բուժել հիվանդությունները:

***

{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական ​​հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}

Աղբյուրը (ներ)

Li S et al 2018. ԴՆԹ նանորոբոտը գործում է որպես քաղցկեղի թերապևտիկ միջոց՝ ի պատասխան մոլեկուլային հրահրման in vivo: Բնության կենսատեխնոլոգիա. https://doi.org/10.1038/nbt.4071