最近の研究では、研究者は、癌を特異的に標的とするための完全に自律的なナノロボットシステムを初めて開発しました
ナノテクノロジーと医学を組み合わせた分野であるナノメディシンの大きな進歩において、研究者は非常に小さな分子サイズのナノ粒子（ナノメートル10-9mの微視的スケールに近い機械またはロボット）を使用した治療治療の新しい手段を開発しました。目標 癌、で公開されたこの注目すべき研究では ネイチャー·バイオテクノロジー.
DNAオリガミナノボット：魔法のトランスポーター
DNA 折り紙は、DNA をナノスケール レベルで折り畳むプロセスであり、最も小さなスケールでアクティブな構造を構築するために使用されます (紙の折り技術における折り紙)。 DNA は情報の優れた保存場所であるため、DNA から構築される構造は情報担体として使用できます。この機能に沿って、これらの DNA ナノ粒子 (または「DNA ナノロボット」または「ナノロボット」、または単に「ナノボット」) は、人体の特定の作業のために最小スケールで荷物を移動および持ち上げることができるため、多くの用途に適しています。 ナノロボット アプリケーション。このようなナノボットのサイズは人間の髪の毛の1000分のXNUMXです。このナノロボット工学の分野は、過去 XNUMX 年間にわたって興奮に満ちており、多くの専門家が、医療、特に治療と薬物送達に革命をもたらすために、あらゆる種類の形状やサイズに折り畳むことができる DNA に基づくナノスケール構造の開発に焦点を当ててきました。
ナノロボット技術は現在広く使用されており、医用画像、デバイス、センサー、エネルギーシステム、さらには医療などの分野にすでに革命をもたらしています。 医学では、ナノボットは主に有害な活動を発生させず、副作用の可能性がなく、体内のどの部位を標的にして操作するかが非常に具体的であるため、大きな利点があります。 ナノロボットの開発には初期費用がかかるかもしれませんが、従来のバッチ処理方式で製造することで大幅にコストを削減でき、さらにナノロボットのサイズが小さいため、バクテリアやウイルスの標的化に最適です。 また、小さなナノロボットは非常に簡単に体内に注入でき、血液（循環器系）を簡単に浮遊し、問題の検出と治療に役立ちます。 ナノボットは、化学療法の痛みのない代替手段となり、それ以外の場合は非常にストレスがかかり、患者に多大な個人的および経済的負担をかけるため、癌研究において多くの重要性を獲得しています。 化学療法は、癌を治療するための厳しい方法であるだけでなく、癌細胞を攻撃することは別として、この手順は体全体にいくつかの副作用を残します。 しかし、科学は、癌と呼ばれるこの生命を脅かす病気を治療するための化学療法に代わる新しい方法を発見することができませんでした。 ナノボットは、より効率的で、よりスマートで、標的を絞った代替の癌を攻撃することにより、今後数年間でこのシナリオを変える可能性があります。
がんを標的にする
この最近の研究では、米国アリゾナ州立大学と国立国立センターの共同研究 ナノ 北京の中国科学院の科学技術研究者は、健康な細胞に害を与えることなく、体内の癌性腫瘍を積極的に探して正確に破壊する自動ナノボットの設計、構築、慎重な制御に成功しました。 彼らは、腫瘍を探して破壊するための非常に単純で直接的な戦略を設計および使用することにより、XNUMX年以上にわたってナノ科学者を悩ませてきたいくつかの課題を克服しました。 戦略は、DNAベースのナノボットを使用して腫瘍細胞への血液凝固を誘発することにより、腫瘍細胞内の血液供給を特異的に遮断することでした。 そこで彼らは、一見単純そうに見える何かを考えました。重要な血液凝固酵素（トロンビンと呼ばれる）を、平らなナノスケールのDNAオリガミナノボットの表面に付着させます。 トロンビンの平均XNUMX分子がの平らな表面に付着していました DNA サイズ90nm×60nmの折り紙シート。 この平らなシートを一枚の紙のように折りたたんで、ナノボットを中空のチューブの形に成形しました。 これらのナノボットは（積極的な腫瘍増殖で誘発された）マウスに注入され、血流中を移動してその標的である腫瘍に到達し、結合しました。その後、ナノボットの積荷である酵素トロンビンが送達され、腫瘍の血流を遮断します。腫瘍の成長を促進する血管内の血液の凝固、腫瘍組織の破壊または細胞死を引き起こします。 このプロセス全体は、興味深いことに非常に迅速に行われ、ナノボットは注射から数時間以内に腫瘍を取り囲みます。 すべての腫瘍細胞において、36時間の注射後に進行した血栓症の証拠が観察された。
さらに、著者らは、腫瘍細胞の表面でのみ大量に生成されるヌクレオリンと呼ばれるタンパク質を特異的に標的とするナノボット（DNAアプタマーと呼ばれる）の表面に特別なペイロードを含めることにも注意を払いました。ナノボットが健康な細胞をゼロまで攻撃する可能性。これらのナノボットは、腫瘍細胞を減少させて殺すだけでなく、転移（遠隔部位での二次癌性増殖）を防ぎました。
安全性と有効性
著者らは、ナノボットはマウスやブタでさえ使用するのに安全で免疫学的に不活性であり、ナノボットの使用は他の場所での正常な血液凝固や細胞構造や脳へのブリーチンに変化を示さなかったことを強調しています。 したがって、それらは、起こり得る望ましくない副作用なしに、腫瘍を標的にして縮小することに対して安全かつ効果的であると指定されている。 ほとんどのナノボットはまた、24時間後に分解して体から除去されているのが見られました。 ナノボットは「複製ナノボット」モデルで設計することができます。これは、いくつかのコピーが作成され、他のナノボットが自己生成されるため、コストを抑えることが理解できますが、そのようなアプローチは特別な状況でのみ適用する必要があることは明らかです。 。 医学の分野に関しては、極端な状況を寄せ付けないために、絶対確実なキルスイッチを設置する必要があります。法務当局は、医療におけるナノボット、たとえば武器化されたナノボットの誤用を避けるための規制を考案する必要があります。 すべての要素を考慮に入れると、ナノボットの有効性は、それらを見逃すことはできないという点に私たちをもたらし、それらの潜在的なナノボットを見ることは、将来の医学の不可欠な要素になるでしょう。
著者がこのシステムが原発性マウス肺癌モデルでもテストされたことを示したので、同様のアプローチを人間に使用することができます–これは人間の肺の臨床経過を模倣します 癌 患者-そしてXNUMX週間の治療後に腫瘍の退行を示した。 また、これらの研究はマウスで実施され、XNUMX週間以内に、乳がん、黒色腫、卵巣がん、および肺がんに対する同様の実証可能な効果が動物で見られました。 ただし、この研究は、同様の結果の妥当性を確認するために人間で行う必要があり、同じことを達成するために強力な臨床試験を実施する必要があります。
癌を攻撃するための非常に賢明で的を絞った方法
がん治療の主な課題のXNUMXつは、がん腫瘍細胞と正常で健康な体細胞を注意深く正しく区別することです。 腫瘍細胞をシャークして殺すための従来のアプローチ（化学療法と放射線療法）は、正常な体細胞と相互作用することなく、腫瘍細胞を選択的に標的にすることができません。 したがって、化学療法および放射線療法は、軽度および重度の両方の深刻な副作用を引き起こす傾向があり、これには、癌の治療が非常に損なわれ、したがって患者の生存率が低くなる臓器損傷が含まれます。 この研究で説明されているようなナノボットは、腫瘍細胞を識別し、それらの成長と増殖を減少させるのに非常に強力で効果的な哺乳類で初めてのものです。 このDNAロボットシステムは、すべての固形腫瘍栄養血管が本質的に同じであるため、多くの種類の癌の正確で標的を絞った癌治療に使用できます。
この研究は、将来、技術の進歩を利用して実用的な医療ソリューションを考え、計画し始める道を開いた。 癌研究の究極の目標は、重篤な副作用や転移の減少を伴わずに、固形腫瘍を根絶することに成功することです。 この研究を見ると、この現在の戦略が癌に取り組むという究極の目標を達成するために理想的である可能性がある将来への大きな希望が見えます。 そして、癌だけでなく、この戦略は、ナノボットの構造を変更し、積載された貨物を変更するだけであるため、他の多くの疾患の治療のためのドラッグデリバリープラットフォームとしても開発できます。 また、ナノボットは、人体と脳の複雑さをさらに理解するのに役立ちます。 これは、最も複雑な手術であっても、痛みのない非侵襲的な手術を行うのにも役立ちます。この時点で、ナノボットはサイズが大きいため、脳細胞をサーフィンして、さらなる研究に必要なすべての関連情報を生成する可能性があります。 将来的には、今からXNUMX年後、ナノボットをXNUMX回注射するだけで病気を完全に治すことができるかもしれません。
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ソース
Li S et al 2018. DNAナノロボットは、invivoでの分子トリガーに応答して癌治療薬として機能します。 ネイチャー·バイオテクノロジー. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
