Созданы ДНК-роботы, способные уничтожать раковые клетки

Ученые создали нанороботов, способных распознавать раковые клетки и высвобождать препарат для направленной борьбы с ними. Нанороботы созданы с использованием так называемой методики ДНК-оригами, заключающейся в сборке из нитей ДНК хитроумных структур, которые не встречаются в природе. Результаты исследования опубликованы в журнале Science [1].

Методика ДНК-оригами может быть использована не только для сборки интересных конструкций из ДНК, но также для создания структур, распознающих и уничтожающих живые клетки. Созданные нанороботы используют схожий с клетками иммунной системы принцип взаимодействия с рецепторами на внешней поверхности мембраны клеток.

«Мы назвали наши устройства нанороботами из-за их способности выполнять роботизированные задачи, - говорит один из руководителей исследования Идо Башле (Ido Bachelet), научный сотрудник из Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School, Бостон, США). – При распознавании устройством раковой клетки оно автоматически изменяет свою форму и высвобождает препарат».

Структура нанороботов разрабатывалась с использованием программного обеспечения Cadnano, созданного одним из руководителей исследования Шоном Дугласом (Shawn Douglas), биофизиком из Института Биоинженерии при Гарвардском Университете (Harvard's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering). Затем, с использованием методики ДНК-оригами, была воспроизведена структура нанороботов: бочкообразные устройства 35 нм в диаметре содержат на внутренней стороне 12 сайтов для загрузки на них молекул препарата, а на внешней стороне – 2 сайта для присоединения аптамеров – небольших молекул нуклеиновых кислот, способных выполнять функции высокоспецифичных рецепторов, распознающих молекулы на клетке-мишени. Аптамеры работают по принципу застежки: когда оба аптамера распознают мишень, наноробот начинает высвобождать препарат.

Ученые протестировали 6 комбинаций аптамеров, каждая из которых была специфична к определенному типу раковых клеток. Специфичные к клеткам лейкемии аптамеры были способны распознать их в культуре, содержащей несколько разных типов клеток. После распознавания происходило высвобождение препарата – в данном случае, антитела – для ингибирования клеточного роста.

«Поскольку нанороботы могут быть запрограммированы для высвобождения препаратов только в том случае, если клетка-мишень находится в «состоянии болезни», они достигают такой специфичности, которой не могут достичь другие препараты, - говорит Хао Ян (Hao Yan), химик и нанотехнолог из Университета штата Аризона (Arizona State University, США). – Это очень большое преимущество».

Будут ли эти структуры работать в живом организме, еще предстоит выяснить. «Они предназначены для взаимодействия только с молекулами, расположенными на поверхности клетки. Если же мишени будут находиться внутри клетки, могут возникнуть сложности», - говорит Башле.

Кроме того, нанороботы могут быть быстро разрушены нуклеазами – ферменами, разрушающими фосфодиэфирные связи между субъединицами нуклеиновых кислот. Однако, можно покрыть конструкции различными веществами, такими как полиэтиленгликоль, широко используемом в качестве стабилизаторов лекарственных средств. По словам ученых, в ближайшее время они собираются запускать испытания нанороботов на мышах. «Если удастся решить все эти проблемы, у нанороботов есть шанс стать новым терапевтическим методом», - уверяют ученые.



ДНК-нанороботы способны распознавать раковые клетки и высвобождать препарат (помечен фиолетовым цветом) для направленной борьбы с ними (фото: Campbell Strong, Shawn Douglas, & Gaël McGill using Molecular Maya & cadnano)

Оригинальный текст: Alla Katsnelson

По материалам Nature News

Литература:
1. Douglas, S. M., Bachelet, I. & Church, G. M. Science 335, 831–834 (2012).