در یک مطالعه اخیر، محققان برای اولین بار یک سیستم نانوروباتیک کاملا مستقل برای هدف قرار دادن سرطان به طور خاص توسعه دادند.
در یک پیشرفت بزرگ در نانوپزشکی، رشته‌ای که نانوتکنولوژی را با پزشکی ترکیب می‌کند، محققان راه‌های جدیدی برای درمان درمانی با استفاده از نانوذرات بسیار کوچک و مولکولی (ماشین یا ربات‌هایی که به مقیاس میکروسکوپی نانومتر 10 تا 9 متر هستند) توسعه داده‌اند. هدف سرطان، در این مطالعه قابل توجه منتشر شده در بیوتکنولوژی طبیعت.
نانوربات اوریگامی DNA: ناقل جادویی
DNA اوریگامی فرآیندی است که در آن یک DNA در سطح نانو تا می‌شود و برای ساختن ساختارهای فعال در کوچک‌ترین مقیاس‌ها (اریگامی مانند هنر تا کردن کاغذ) استفاده می‌شود. DNA ذخیره‌سازی بزرگی از اطلاعات است و بنابراین ساختارهایی که از آن ساخته شده‌اند می‌توانند به عنوان حامل اطلاعات مورد استفاده قرار گیرند. در راستای این قابلیت، این نانوذرات DNA (یا «نانوربات‌های DNA» یا «نانوربات‌ها» یا به سادگی «نانوربات‌ها») می‌توانند محموله‌ها را در کوچک‌ترین مقیاس‌ها برای کارهای خاص در بدن انسان جابه‌جا و بلند کنند و بنابراین برای بسیاری از افراد مناسب هستند. نانو رباتیک برنامه های کاربردی. اندازه چنین نانورباتی 1000 برابر کوچکتر از یک تار موی انسان است. این حوزه از نانوروباتیک در دو دهه گذشته پر از هیجان بوده است و بسیاری از کارشناسان بر توسعه چنین ساختارهای نانومقیاس مبتنی بر DNA تمرکز کرده‌اند که می‌توانند خود را به انواع شکل‌ها و اندازه‌ها تا کنند تا انقلابی در پزشکی به‌ویژه درمان و تحویل دارو ایجاد کنند.
فناوری نانوروبات در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد و زمینه هایی مانند تصویربرداری پزشکی، دستگاه ها، حسگرها، سیستم های انرژی و همچنین پزشکی را متحول کرده است. در پزشکی، نانو ربات‌ها عمدتاً به این دلیل که فعالیت‌های مضری ایجاد نمی‌کنند، عوارض جانبی احتمالی ندارند و بسیار مشخص هستند که در کدام ناحیه از بدن مورد هدف قرار گرفته و عمل می‌کنند، مزایای قابل توجهی دارند. هزینه اولیه توسعه نانوروبات‌ها ممکن است بالا باشد، اما ساخت آن زمانی که با روش مرسوم پردازش دسته‌ای انجام شود، هزینه را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. همچنین یک نانو ربات کوچک به راحتی به بدن تزریق می شود و به راحتی در خون (سیستم گردش خون) شناور می شود و به تشخیص مشکلات و درمان آنها کمک می کند. نانوربات‌ها در تحقیقات سرطان اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند، زیرا می‌توانند جایگزینی بدون درد برای شیمی‌درمانی باشند که در غیر این صورت بسیار استرس‌زا است و بار شخصی و مالی زیادی را بر دوش بیمار می‌گذارد. شیمی درمانی نه تنها روشی خشن برای درمان سرطان است، بلکه جدا از حمله به سلول های سرطانی، این روش عوارض جانبی متعددی را در سراسر بدن به جا می گذارد. با این حال، علم نتوانسته است جایگزین جدیدی برای شیمی درمانی برای درمان این بیماری تهدید کننده زندگی به نام سرطان کشف کند. نانوربات‌ها این پتانسیل را دارند که این سناریو را در سال‌های آینده با تبدیل شدن به یک جایگزین موثرتر، هوشمندتر و هدفمند برای حمله به سرطان تغییر دهند.
هدف قرار دادن سرطان
در این مطالعه اخیر، همکاری بین دانشگاه ایالتی آریزونا، ایالات متحده آمریکا و مرکز ملی برای نانو علم و فناوری آکادمی علوم چین، پکن، محققان نانوربات‌های خودکاری را با موفقیت طراحی، ساخته و به دقت کنترل کرده‌اند تا به طور فعال تومورهای سرطانی را در بدن جستجو کرده و به طور دقیق از بین ببرند - در حالی که به هیچ یک از سلول‌های سالم آسیب نمی‌رسانند. آنها با طراحی و استفاده از یک استراتژی بسیار ساده و سرراست برای جستجو و از بین بردن تومور، بر چندین چالش که بیش از دو دهه است که دانشمندان نانو را درگیر کرده است غلبه کردند. راهبرد این بود که به طور خاص با القای انعقاد خون در سلول تومور با استفاده از نانوربات‌های مبتنی بر DNA، جریان خون را در سلول تومور قطع کنیم. بنابراین، آنها به چیزی به ظاهر ساده فکر کردند - یک آنزیم کلیدی انعقاد خون (به نام ترومبین) را به سطح نانوربات اریگامی DNA مسطح و نانومقیاس متصل کنند. به طور متوسط چهار مولکول ترومبین به سطح صاف وصل شد DNA ورق اوریگامی با اندازه 90 نانومتر در 60 نانومتر. این ورق مسطح مانند یک ورق کاغذ تا می شد و نانوربات ها را به شکل یک لوله توخالی در می آورد. این نانوربات‌ها به یک موش (که با رشد تومور تهاجمی القا شده بود) تزریق شدند، آنها در سراسر جریان خون حرکت کردند و به هدف خود - تومورها رسیدند و به آن متصل شدند. متعاقباً، محموله نانوربات - آنزیم ترومبین - تحویل داده می‌شود و در نتیجه جریان خون تومور را مسدود می‌کند. به لخته شدن خون در عروقی که رشد تومور را تغذیه می کنند، باعث تخریب بافت تومور یا مرگ سلولی می شود. کل این فرآیند، به طور جالبی بسیار سریع اتفاق می‌افتد و نانوربات‌ها تومور را در چند ساعت پس از تزریق احاطه می‌کنند. شواهدی از ترومبوز پیشرفته در تمام سلول های تومور پس از 36 ساعت تزریق مشاهده شد.
علاوه بر این، نویسندگان همچنین مراقب گنجاندن یک محموله ویژه بر روی سطح نانوربات (به نام آپتامر DNA) بودند که به طور خاص پروتئینی به نام نوکلئولین را هدف قرار می‌داد که در مقادیر زیاد فقط در سطح سلول‌های تومور ساخته می‌شود، بنابراین کاهش می‌دهد. شانس حمله نانوربات‌ها به سلول‌های سالم به صفر می‌رسد. این نانوربات‌ها نه تنها سلول‌های تومور را کاهش داده و از بین می‌برند، بلکه از متاستاز - رشد سرطان ثانویه در مکان‌های دور جلوگیری می‌کنند.
ایمنی و اثربخشی
نویسندگان تاکید می‌کنند که نانوربات‌ها برای استفاده در موش‌ها و حتی خوک‌ها بی‌خطر و از نظر ایمنی بی‌اثر هستند و استفاده از نانوربات‌ها هیچ تغییری در انعقاد خون طبیعی در جاهای دیگر یا ساختار سلولی یا هر گونه بریچین در مغز نشان نداد. بنابراین، آنها به عنوان ایمن و موثر برای هدف قرار دادن و کوچک کردن تومورها بدون هیچ گونه عوارض جانبی ناخواسته تعیین شده اند. همچنین مشاهده شد که بیشتر نانوربات ها پس از 24 ساعت در حال تخریب و پاک شدن از بدن هستند. اگرچه نانوربات‌ها را می‌توان در یک مدل «نانوربات‌های تکراری» طراحی کرد، که برای پایین نگه داشتن هزینه‌ها با تولید چند نسخه و تولید نانوربات‌های دیگر قابل درک است، واضح است که چنین رویکردی فقط باید در شرایط خاص اعمال شود. . تا آنجا که به حوزه پزشکی مربوط می شود، همچنین باید یک سوئیچ کشتن بدون خطا وجود داشته باشد تا از هر گونه شرایط شدید جلوگیری شود. مقامات قانونی باید مقرراتی را برای جلوگیری از هرگونه سوء استفاده از نانوربات ها در پزشکی، به عنوان مثال نانوربات های تسلیحاتی، تدوین کنند. وقتی همه فاکتورها را در نظر بگیریم، کارایی نانوربات‌ها ما را به نقطه‌ای می‌رساند که نمی‌توان آنها را نادیده گرفت و نگاه کردن به نانوربات‌های بالقوه آنها جزء ضروری پزشکی در آینده خواهد بود.
رویکرد مشابهی می‌تواند روی انسان‌ها استفاده شود، زیرا نویسندگان نشان داده‌اند که این سیستم بر روی یک مدل سرطان ریه اولیه موش نیز آزمایش شده است - که سیر بالینی ریه انسان را تقلید می‌کند. سرطان بیماران- و پس از یک درمان دو هفته ای، پسرفت تومور را نشان دادند. همچنین، این مطالعات بر روی موش‌ها انجام شد و طی دو هفته اثر قابل‌مشاهده‌ای مشابه روی سرطان‌های سینه، ملانوم، سرطان تخمدان و ریه در حیوانات مشاهده شد. با این حال، این مطالعه برای تایید قابل قبول بودن نتایج مشابه باید در انسان انجام شود و برای دستیابی به آن باید آزمایشات بالینی قوی انجام شود.
روشی بسیار هوشمندانه و هدفمند برای حمله به سرطان
یکی از چالش های اصلی درمان سرطان، تمایز دقیق و صحیح بین سلول های تومور سرطانی و سلول های طبیعی و سالم بدن است. رویکرد مرسوم برای دور زدن و کشتن سلول‌های تومور - شیمی‌درمانی و پرتودرمانی - نمی‌تواند سلول‌های تومور را بطور انتخابی و بدون تعامل با سلول‌های طبیعی بدن هدف قرار دهد. بنابراین، شیمی درمانی و همچنین پرتودرمانی معمولاً عوارض جانبی جدی، اعم از جزئی و عمده، از جمله آسیب اندام که منجر به اختلال در درمان سرطان و در نتیجه نرخ بقای پایین در بین بیماران می شود، ایجاد می کند. نانوربات‌هایی مانند نمونه‌هایی که در این مطالعه توضیح داده شد، اولین نوع خود در پستانداران هستند که در شناسایی سلول‌های تومور و کاهش رشد و تکثیر آنها بسیار قوی و موثر هستند. این سیستم رباتیک DNA می تواند برای درمان دقیق و هدفمند سرطان برای بسیاری از انواع سرطان استفاده شود، زیرا همه رگ های خونی تغذیه کننده تومور جامد اساساً یکسان هستند.
این تحقیق راه را برای آینده برای شروع تفکر و برنامه ریزی راه حل های پزشکی عملی با استفاده از پیشرفت های فناوری هموار کرده است. هدف نهایی تحقیقات سرطان، ریشه کن کردن موفقیت آمیز تومورهای جامد، بدون عوارض جانبی شدید و کاهش متاستاز است. با نگاهی به این مطالعه، امید زیادی برای آینده می بینیم که در آن این استراتژی فعلی می تواند برای دستیابی به هدف نهایی مقابله با سرطان ایده آل باشد. و نه تنها سرطان، این استراتژی همچنین می تواند به عنوان یک پلت فرم تحویل دارو برای درمان بسیاری از بیماری های دیگر نیز توسعه یابد، زیرا این رویکرد صرفاً اصلاح ساختار نانوربات ها و تغییر محموله های بارگیری شده است. همچنین، نانوربات ها می توانند به ما در درک بیشتر پیچیدگی بدن و مغز انسان کمک کنند. این به انجام جراحی‌های بدون درد و غیرتهاجمی، حتی پیچیده‌ترین آنها نیز کمک می‌کند. به طور فرضی، در این مرحله، نانوربات‌ها به دلیل اندازه خود می‌توانند در سلول‌های مغز گشت و گذار کنند و تمام اطلاعات مرتبط مورد نیاز برای تحقیقات بیشتر را تولید کنند. در آینده، فرض کنید دو دهه بعد، یک تزریق نانوربات ممکن است بتواند بیماری ها را به طور کامل درمان کند.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
Li S et al 2018. یک نانوروبات DNA به عنوان یک درمان کننده سرطان در پاسخ به یک محرک مولکولی در داخل بدن عمل می کند. بیوتکنولوژی طبیعت. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
