DNA Origami Nanobots uccide i tumori nello studio rivoluzionario

Quasi 1,7 milioni di nuovi casi di cancro sono rilevati negli Stati Uniti ogni anno, e ogni anno il cancro reclama quasi 600.000 vite negli Stati Uniti da solo, diventando così la seconda causa di morte a livello nazionale. Il trattamento è talvolta peggiore della malattia, poiché gli interventi invasivi possono essere traumatici e la chemioterapia può causare effetti off-target che devastano tutto il corpo. Ma una nuova tecnica descritta in Biotecnologia naturale, che usa nanorobot - letteralmente microscopici robot - per colpire specificamente i tumori e tagliare il loro apporto di sangue ha il potenziale per cambiare trattamento per sempre.

Nel documento, pubblicato a febbraio, un team internazionale di scienziati ha dimostrato l'efficacia dell'utilizzo di nanotubi di DNA per attaccare tumori in topi e suini con cancro. Questi robot di dimensioni nanometriche sono fatti di DNA che si dispiega esattamente nel momento e nel luogo giusto per fornire un farmaco solo l'obiettivo esatto nel corpo. Il DNA, piegato come un pacchetto di origami, conteneva molecole di trombina, un enzima che fa coagulare il sangue.

Per verificare se questo nuovo sistema di somministrazione di farmaci funziona, il team di scienziati dell'Arizona State University e il Centro nazionale per la nanoscienza e la tecnologia dell'Accademia cinese delle scienze hanno iniettato i nanorobot nel flusso sanguigno di topi con tumori. Hanno scoperto che il trattamento mirava efficacemente ai tumori, bloccandone la crescita e persino iniziando la morte del tumore.

Fermare la crescita del tumore non è sufficiente a dimostrare che il farmaco funziona, ma deve anche dimostrarsi sicuro. Così, i ricercatori hanno anche iniettato i nanorobot nei flussi sanguigni dei maiali in miniatura di Bama, che hanno dimostrato di essere buoni modelli per testare la sicurezza preliminare dei farmaci per gli esseri umani. Una delle principali preoccupazioni dei nanorobot è che potrebbero entrare nel cervello e causare ictus, ma ciò non è accaduto con gli animali del soggetto in esame.

La precisione dei nanorobot, che è ciò che rende così grande il loro potenziale per un trattamento sicuro del cancro, è dovuta alla loro struttura meticolosamente costruita. Il "pacchetto" di farmaci è formato da fogli di DNA, che misurano 60 per 90 nanometri, che avvolgono le molecole di trombina. All'esterno dei fogli piegati si trovano molecole che si azzerano sulla nucleolina, una proteina presente nel rivestimento dei vasi sanguigni associati a tumori in crescita.

Queste molecole, chiamate aptameri, mirano entrambe al punto giusto per somministrare farmaci e in realtà aprire il foglio di DNA fino a esporre la trombina quando il nanorobot trova il punto giusto. In teoria, quando la trombina viene rilasciata, coagula il sangue che penetra nel tumore, privandolo così dell'ossigeno di cui ha bisogno per crescere. Questo metodo, che essenzialmente strangola il tumore, ricorda la classe dei farmaci antitumorali noti come inibitori dell'angiogenesi, che aiutano a inibire la crescita dei vasi sanguigni che alimentano i tumori.

Questi nanorobot mostrano grandi promesse, ma non sono ancora pronti per gli umani. Per arrivarci, i ricercatori stanno cercando partner clinici per sviluppare ulteriormente questo percorso di trattamento. Tuttavia, il fatto che sembra funzionare in topi e maiali rende probabile che nanorobots come questi saranno disponibili come trattamenti contro il cancro entro la nostra vita.

Astratto: I robot su scala nanometrica hanno un potenziale come sistemi di somministrazione di farmaci intelligenti che rispondono a trigger molecolari. Usando l'origami del DNA abbiamo costruito un robot autonomo del DNA programmato per trasportare i carichi utili e presentarli specificamente nei tumori. Il nostro nanorobot è funzionalizzato all'esterno con un aptamero del DNA che lega la nucleolina, una proteina espressamente espressa sulle cellule endoteliali associate al tumore e la trombina proteasica della coagulazione del sangue all'interno della sua cavità interna. L'aptamero mirato al nucleolino serve sia come dominio di riferimento che come trigger molecolare per l'apertura meccanica del nanorobot del DNA. La trombina all'interno viene quindi esposta e attiva la coagulazione nel sito del tumore. Utilizzando modelli murini portatori di tumore, dimostriamo che i nanorobot di DNA iniettati per via endovenosa rilasciano trombina in modo specifico ai vasi sanguigni associati al tumore e inducono trombosi intravascolare, causando necrosi tumorale e inibizione della crescita del tumore. Il nanorobot si è rivelato sicuro e immunologicamente inerte nei topi e nei maiali in miniatura di Bama. I nostri dati mostrano che i nanorobot di DNA rappresentano una strategia promettente per un preciso rilascio di farmaci nella terapia del cancro.