Mewn astudiaeth ddiweddar, mae ymchwilwyr wedi datblygu am y tro cyntaf system nanorobotic cwbl ymreolaethol ar gyfer targedu canser yn benodol.
Mewn datblygiad mawr mewn nanofeddygaeth, y maes sy'n cyfuno nanotechnoleg â meddygaeth, mae ymchwilwyr wedi datblygu llwybrau newydd o driniaeth therapiwtig gan ddefnyddio nanoronynnau bach iawn o faint moleciwl (peiriant neu robotiaid sy'n agos at raddfa ficrosgopig nanomedr 10-9m) i targed canser, yn yr astudiaeth ryfeddol hon a gyhoeddwyd yn Biotechnoleg Natur.
DNA origami nanobot: y cludwr hud
DNA Mae origami yn broses lle mae DNA yn cael ei blygu mewn lefel nanoraddfa ac yn cael ei ddefnyddio i adeiladu strwythurau gweithredol ar y graddfeydd lleiaf (origami fel yn y grefft o blygu papur). Mae DNA yn storfa wych o wybodaeth ac felly gellir defnyddio strwythurau sy'n cael eu hadeiladu ohono fel cludwyr gwybodaeth. Yn unol â'r gallu hwn, gall y nanoronynnau DNA hyn (neu 'nanorobots DNA' neu 'nanorobots' neu'n syml 'nanobots') symud a chodi cargo ar y graddfeydd lleiaf ar gyfer tasgau penodol yn y corff dynol ac felly maent yn addas i lawer. nanorobotic ceisiadau. Mae maint nanobot o'r fath 1000 gwaith yn llai nag un llinyn o wallt dynol. Mae'r maes hwn o nanoboteg wedi bod yn llawn cyffro dros y ddau ddegawd diwethaf ac mae llawer o arbenigwyr wedi bod yn canolbwyntio ar ddatblygu strwythurau nanoraddfa o'r fath yn seiliedig ar DNA a all blygu eu hunain i bob math o siapiau a meintiau i chwyldroi meddygaeth yn enwedig therapi a chyflenwi cyffuriau.
Mae technoleg Nanorobot bellach yn cael ei defnyddio'n helaeth ac mae eisoes wedi chwyldroi meysydd fel delweddu meddygol, dyfeisiau, synwyryddion, systemau ynni a hefyd meddygaeth. Mewn meddygaeth, mae gan nanobots fanteision sylweddol yn bennaf oherwydd nad ydynt yn cynhyrchu unrhyw weithgareddau niweidiol, nid oes ganddynt unrhyw sgîl-effaith bosibl ac maent yn benodol iawn ym mha safle yn y corff y byddant yn targedu ac yn gweithredu arno. Efallai y bydd cost gychwynnol datblygu nanorobots yn uchel ond mae'r gweithgynhyrchu o'i wneud gan y dull confensiynol o brosesu swp yn lleihau'r gost i raddau helaeth. Ymhellach, mae maint bychan y nanorobots yn eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer targedu bacteria a firysau. Hefyd, gall nanorobot bach gael ei chwistrellu'n hawdd iawn i'r corff ac mae'n arnofio'n hawdd trwy'r gwaed (y system gylchrediad gwaed) ac yn helpu i ganfod y problemau a'u trin. Mae Nanobots wedi ennill llawer o arwyddocâd mewn ymchwil canser gan y gallant fod yn ddewis arall di-boen o gemotherapi sydd fel arall yn straen mawr ac yn rhoi baich personol ac ariannol enfawr ar y claf. Mae cemotherapi nid yn unig yn ffordd llym o drin canser, ond ar wahân i ymosod ar y celloedd canser, mae'r driniaeth yn gadael sawl sgil-effeithiau trwy'r corff. Ac eto nid yw gwyddoniaeth wedi gallu darganfod unrhyw ddewis arall yn lle cemotherapi ar gyfer trin y clefyd hwn sy'n bygwth bywyd o'r enw canser. Mae gan Nanobots y potensial i newid y senario hwn yn y blynyddoedd i ddod trwy fod yn ddewis amgen mwy effeithlon, callach ac wedi'i dargedu ar gyfer ymosod ar ganser.
Targedu canser
Yn yr astudiaeth ddiweddar hon, mae cydweithrediad rhwng Prifysgol Talaith Arizona, UDA, a'r Ganolfan Genedlaethol ar gyfer Nano gwyddoniaeth a Thechnoleg Academi Gwyddorau Tsieineaidd, Beijing, mae ymchwilwyr wedi dylunio, adeiladu a rheoli nanobotiaid awtomataidd yn llwyddiannus i fynd ati i chwilio am diwmorau canseraidd y tu mewn i'r corff a'u dinistrio'n fanwl gywir - heb niweidio unrhyw un o'r celloedd iach. Gorchfygasant sawl her sydd wedi bod yn plagio nano-wyddonwyr ers dros ddau ddegawd, trwy ddylunio a defnyddio strategaeth syml a syml iawn i geisio a dinistrio’r tiwmor. Y strategaeth oedd torri'n benodol y cyflenwad gwaed mewn cell tiwmor trwy gymell ceulo gwaed i mewn i'r gell tiwmor gan ddefnyddio nanobotiaid yn seiliedig ar DNA. Felly, roedden nhw'n meddwl am rywbeth ymddangosiadol syml - atodwch ensym clotio gwaed allweddol (o'r enw Thrombin) i wyneb y nanobot DNA origami nanoraddol fflat. Ar gyfartaledd roedd pedwar moleciwl o Thrombin ynghlwm wrth wyneb gwastad y DNA dalen origami o faint 90nm wrth 60nm. Roedd y ddalen fflat hon wedi'i phlygu fel dalen o bapur gan wneud y nanobots yn mowldio i siâp tiwb gwag. Chwistrellwyd y nanobotiaid hyn i mewn i lygoden (a oedd wedi'i hysgogi gan dyfiant tiwmor ymosodol), buont yn teithio trwy'r llif gwaed gan gyrraedd a rhwymo at ei darged - y tiwmorau. Yn dilyn hynny, mae cargo nanobot - ensym Thrombin - yn cael ei ddosbarthu gan rwystro llif gwaed y tiwmor rhag arwain. i geulo gwaed o fewn y pibellau sy'n bwydo tyfiant tiwmor, gan gynhyrchu dinistrio meinwe'r tiwmor neu farwolaeth celloedd. Mae'r broses gyfan hon, yn ddiddorol, yn digwydd yn gyflym iawn ac mae'r nanobotiaid yn amgylchynu'r tiwmor o fewn oriau i'r pigiad. Arsylwyd tystiolaeth o thrombosis datblygedig, ym mhob cell tiwmor ar ôl 36 awr o chwistrelliad.
Ymhellach, roedd yr awduron hefyd yn gofalu am gynnwys llwyth tâl arbennig ar wyneb y nanobot (a elwir yn aptamer DNA) a fyddai'n targedu protein yn benodol, o'r enw niwcleolin, sy'n cael ei wneud mewn symiau uchel yn unig ar wyneb celloedd tiwmor, gan leihau y tebygrwydd y byddai nanobotiaid byth yn ymosod ar y celloedd iach i sero. Roedd y nanobotiaid hyn nid yn unig yn lleihau ac yn lladd y celloedd tiwmor ond hefyd yn atal metastasis - twf canseraidd eilaidd mewn safle pell.
Diogelwch ac effeithiolrwydd
Mae'r awduron yn pwysleisio bod nanobotiaid yn ddiogel ac yn imiwnolegol anadweithiol i'w defnyddio mewn llygod a hyd yn oed moch ac nid oedd y defnydd o nanobotiaid yn dangos unrhyw newidiadau mewn ceulo gwaed arferol mewn mannau eraill na strwythur celloedd nac unrhyw rwystr i'r ymennydd. Felly, maent wedi'u dynodi'n ddiogel ac effeithiol tuag at dargedu a chrebachu tiwmorau heb unrhyw sgîl-effeithiau diangen posibl. Gwelwyd bod y rhan fwyaf o'r nanobotiaid hefyd yn diraddio ac yn clirio o'r corff ar ôl 24 awr. Er y gellid dylunio'r nanobots mewn model 'nanobotiaid sy'n atgynhyrchu', sy'n ddealladwy i gadw'r costau i lawr wrth i ychydig o gopïau gael eu gwneud ac wrth i nabotots eraill gael eu cynhyrchu eu hunain, mae'n amlwg mai dim ond mewn amgylchiadau arbennig y dylid defnyddio dull o'r fath. . Cyn belled ag y mae'r maes meddygaeth yn y cwestiwn, mae angen i switsh lladd di-ffael hefyd fod yn ei le er mwyn cadw unrhyw amgylchiadau eithafol dan sylw. Mae angen i awdurdodau cyfreithiol ddyfeisio rheoliadau i osgoi unrhyw gamddefnydd o nanobotiaid mewn meddygaeth, er enghraifft nanobotiaid ag arfau. O ystyried yr holl ffactorau, mae effeithiolrwydd nanobots yn dod â ni at bwynt na ellir eu hanwybyddu a bydd edrych ar eu nanobots posibl yn elfen hanfodol o feddygaeth yn y dyfodol.
Gellid defnyddio dull tebyg ar fodau dynol gan fod yr awduron wedi dangos bod y system hon hefyd wedi'i phrofi ar fodel canser yr ysgyfaint llygoden sylfaenol - sy'n dynwared cwrs clinigol dynol yr ysgyfaint. canser cleifion - a dangosodd atchweliad tiwmor ar ôl triniaeth bythefnos. Hefyd, cynhaliwyd yr astudiaethau hyn ar lygod, ac o fewn pythefnos gwelwyd effaith amlwg debyg ar ganser y fron, melanoma, canser yr ofari a chanser yr ysgyfaint yn yr anifeiliaid. Fodd bynnag, mae angen gwneud yr astudiaeth mewn bodau dynol i gadarnhau hygrededd canlyniadau tebyg ac mae angen cynnal treialon clinigol cadarn i gyflawni'r un peth.
Ffordd glyfar iawn wedi'i thargedu i ymosod ar ganser
Un o brif heriau therapiwteg canser yw gwahaniaethu'n ofalus ac yn gywir rhwng y celloedd tiwmor canser a'r celloedd corff arferol, iach. Mae'r dull confensiynol o symud a lladd celloedd tiwmor - cemotherapi a therapi ymbelydredd - yn methu â thargedu'r celloedd tiwmor yn ddetholus heb ryngweithio â chelloedd arferol y corff. Felly, mae cemotherapi a hefyd therapi ymbelydredd yn dueddol o achosi sgîl-effeithiau difrifol, mân a mawr, gan gynnwys niwed i organau sy'n arwain at driniaeth â chanser amhariad mawr ac felly cyfraddau goroesi isel ymhlith cleifion. Mae nanobots fel y rhai a ddisgrifir yn yr astudiaeth hon yn gyntaf o'i bath mewn mamaliaid sy'n gryf iawn ac yn effeithiol wrth adnabod celloedd tiwmor a lleihau eu twf a'u lledaeniad. Gellir defnyddio'r system robotig DNA hon ar gyfer therapi canser manwl gywir ac wedi'i dargedu ar gyfer sawl math o ganser, gan fod yr holl bibellau gwaed bwydo tiwmor solet yr un peth yn y bôn.
Mae'r ymchwil hwn wedi paratoi'r ffordd ar gyfer y dyfodol i ddechrau meddwl a chynllunio atebion meddygol ymarferol gan ddefnyddio datblygiadau technolegol. Nod eithaf ymchwil canser yw dileu tiwmorau solet yn llwyddiannus, heb unrhyw sgîl-effeithiau difrifol a llai o fetastasis. O edrych ar yr astudiaeth hon, rydym yn gweld gobaith aruthrol ar gyfer y dyfodol lle gallai'r strategaeth bresennol fod yn ddelfrydol ar gyfer cyflawni'r nod eithaf i fynd i'r afael â chanser. Ac nid canser yn unig, gallai'r strategaeth hon hefyd gael ei datblygu fel llwyfan cyflenwi cyffuriau ar gyfer trin llawer o glefydau eraill hefyd oherwydd byddai'r dull yn syml yn addasu strwythur nanobots ac yn newid cargoau llwythog. Hefyd, gall nanobots ein helpu i ddeall cymhlethdod y corff dynol a'r ymennydd ymhellach. Bydd hyn hefyd yn helpu i berfformio cymorthfeydd di-boen ac anfewnwthiol, hyd yn oed y rhai mwyaf cymhleth. Yn ddamcaniaethol ar hyn o bryd, oherwydd eu maint gallai nanobotiaid hefyd syrffio trwy gelloedd yr ymennydd a chynhyrchu'r holl wybodaeth gysylltiedig sydd ei hangen ar gyfer ymchwil pellach. Yn y dyfodol, gadewch i ni ddweud ddau ddegawd o nawr, efallai y bydd un pigiad o nanobot yn gallu gwella afiechydon yn llwyr.
***
Ffynhonnell (au)
Li S et al 2018. Mae nanorobot DNA yn gweithredu fel therapiwteg canser mewn ymateb i sbardun moleciwlaidd in vivo. Biotechnoleg Natur. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
***
