"dna origami" robots target cancer cells



Med hjälp av en teknik som heter "DNA origami" har amerikanska forskare gjort programmerbara molekyltransporterande nanorobots som kan söka specifika cellmål och ge specifika instruktioner för dem att följa. Ett exempel på sådan användning kan vara att berätta för cancerceller att förstöra sig. Forskarna skriver om sina resultat i fredagens onlineutgåva av Vetenskap .

De programmerbara nanorobotten bär laster av molekyler som frisätts när aptamerer (peptidmolekyler som binder till ett specifikt mål) i deras struktur binder till specifika proteiner på ytan av riktade celler.

Forskare vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University modellerade tekniken på immunförsvarets vita blodkroppar som patrullerar blodet och letar efter tecken på problem. De hoppas att det en dag kommer att användas för att programmera immunsvar för att behandla sjukdomar.

DNA-origami-metoden är en som vikter DNA-strängar i komplexa tredimensionella former.

Denna senaste studie betraktas som ett genombrott för att det sammanfogar de senaste framstegen i DNA-origami som har varit banbrytande i forskningscentra runt om i världen, inte bara vid Wyss-institutet, för att försöka möta utmaningen om hur man dödar cancerceller i en mycket selektiv sätt.

Första författaren Dr Shawn Douglas, en Wyss Technology Development Fellow när han arbetade med studien, och kollegor, utformade sin nanoserade robot i form av ett öppet fat av två halvor förenade med ett gångjärn. (Douglas är nu biträdande professor i biovetenskapliga fakulteten och Nano-Center vid Bar-Ilan University i Israel).

De två halvorna hålls stängd av speciella DNA-spärrhakar som svarar mot specifika mål genom att låta de två halvorna svänga öppna och exponera sin nyttolast.

De mål som spärrarna svarar på är speciella kombinationer av cellytproteiner, exempelvis kan dessa vara sjukdomsmarkörer.

DNA-tunneln kan innehålla olika nyttolast. Exempel är molekyler med specifika instruktioner som receptorer på cellytor svarar på, vilket gör att de ändrar signalerna som de skickar till cellerna.

Forskarna demonstrerade tekniken på celler från två typer av cancer: leukemi och lymfom. Meddelandet kodade i nyttolasten var att aktivera cellernas självmordsbrytare. Detta utlöser en standardfunktion hos alla celler, kallad apoptos, vilket gör att åldrande eller onormala celler kan elimineras.

Leukemi och lymfomceller pratar inte samma språk, så självmordsutlösningsanvisningarna måste kodas i olika antikroppskombinationer.

Seniorförfattare Dr George Church, en Wyss kärnfakultetsmedlem och professor i genetik vid Harvard Medical School, berättade för pressen:

"Vi kan äntligen integrera avkänning och logiska datafunktioner via komplexa, men förutsägbara, nanostrukturer - några av de första hybriderna av strukturella DNA, antikroppar, aptamerer och metallatomkluster - som syftar till användbar och mycket specifik inriktning mot cancer och T- celler."

Teknologins mångsidighet emulerar det hos vita blodkroppar som har förmåga att känna av ett stort antal cell nödsignaler, binda till cellerna och sedan sända lämpliga självförstörande instruktioner på språket för den här celltypen.

DNA nanorobot använder modulära komponenter för att uppnå ett lika stort utbud av mångsidighet: olika gångjärn, olika molekylära nyttolast. Dessa kan kopplas in och ut ur det underliggande "chassit", snarare som byte av olika motorer och däck in och ut ur bilar.

Ett sådant system bör ha potential att behandla en mängd olika sjukdomar. DNA nanoteknik är allmänt känt som ett potentiellt sätt att leverera droger och molekylära signaler: Ett annat plus är att det är biologiskt nedbrytbart.

Men det finns stora utmaningar när det gäller hur man programmerar den här lilla maskinen, aldrig tänka på hur man gör rätt struktur, sedan få den att öppna och stänga, öppna sedan, sätt in, bära och leverera nyttolasten.

Studien utgör ett stort steg framåt för att möta dessa utmaningar eftersom tre nya element har kombinerats för första gången. En av dessa är att DNA-fatet inte har några lock, nyttolastningarna kan sättas in från sidan i ett steg: det finns inget behov av att öppna och stänga sedan fatet.

Det andra nya elementet är att det här systemet använder lås som svarar mot proteiner (inte DNA eller RNA som andra system), som vanligtvis finns på cellytor. Och det tredje nya elementet är att det använder antikroppsfragment för att skicka molekylära signaler, så genom att använda olika kombinationer av dessa kan olika typer av immunsvar replikeras för att rikta sig till specifika sjukdomar.

DNA origami a future cancer treatment? (Video Medicinsk Och Professionell 2022).

Avsnitt Frågor På Medicin: Medicinsk praktik