Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã phát triển một hệ thống rô-bốt nano hoàn toàn tự trị để nhắm mục tiêu cụ thể vào bệnh ung thư
Trong một bước tiến lớn trong y học nano, lĩnh vực kết hợp công nghệ nano với y học, các nhà nghiên cứu đã phát triển các phương pháp điều trị mới bằng cách sử dụng các hạt nano có kích thước phân tử rất nhỏ (máy hoặc rô bốt gần bằng quy mô siêu nhỏ của một nanomet 10-9m) để Mục tiêu ung thư, trong nghiên cứu đáng chú ý này được xuất bản trong Công nghệ sinh học tự nhiên.
DNA origami nanobot: người vận chuyển ma thuật
DNA Origami là một quá trình trong đó DNA được gấp lại ở cấp độ nano và được sử dụng để xây dựng các cấu trúc hoạt động ở quy mô nhỏ nhất (origami giống như nghệ thuật gấp giấy). DNA là nơi lưu trữ thông tin tuyệt vời và do đó các cấu trúc được xây dựng từ nó có thể được sử dụng làm vật mang thông tin. Phù hợp với khả năng này, các hạt nano DNA này (hoặc 'nanorobot DNA' hoặc 'nanorobots' hoặc đơn giản là 'nanobots') có thể di chuyển và nâng hàng hóa ở quy mô nhỏ nhất cho các nhiệm vụ cụ thể trong cơ thể con người và do đó phù hợp với nhiều mục đích. người máy nano các ứng dụng. Kích thước của một nanobot như vậy nhỏ hơn 1000 lần so với một sợi tóc của con người. Lĩnh vực robot nano này đã rất sôi động trong hai thập kỷ qua và nhiều chuyên gia đã tập trung phát triển các cấu trúc cỡ nano dựa trên DNA có thể tự gấp lại thành đủ loại hình dạng và kích cỡ để cách mạng hóa y học, đặc biệt là trị liệu và phân phối thuốc.
Công nghệ nanorobot hiện đang được sử dụng rộng rãi và đã cách mạng hóa các lĩnh vực như hình ảnh y tế, thiết bị, cảm biến, hệ thống năng lượng và cả y học. Trong y học, nanobots có những lợi thế đáng kể chủ yếu là vì chúng không tạo ra bất kỳ hoạt động có hại nào, không có tác dụng phụ có thể xảy ra và rất cụ thể ở vị trí nào trong cơ thể mà chúng sẽ nhắm mục tiêu và hoạt động. Chi phí phát triển ban đầu của nanorobots có thể cao nhưng việc sản xuất khi được thực hiện bằng phương pháp xử lý hàng loạt thông thường sẽ giảm chi phí xuống rất nhiều. Ngoài ra, một nanorobot nhỏ có thể được tiêm rất dễ dàng vào cơ thể và nó dễ dàng trôi qua máu (hệ tuần hoàn) và giúp phát hiện các vấn đề và điều trị chúng. Nanobots đã đạt được rất nhiều ý nghĩa trong nghiên cứu ung thư vì chúng có thể là một giải pháp thay thế không gây đau đớn cho hóa trị liệu vốn rất căng thẳng và gây gánh nặng tài chính và cá nhân rất lớn cho bệnh nhân. Hóa trị không chỉ là một phương pháp điều trị ung thư khắc nghiệt mà ngoài việc tấn công các tế bào ung thư, quy trình này còn để lại một số tác dụng phụ trên toàn cơ thể. Tuy nhiên, khoa học vẫn chưa thể khám phá ra bất kỳ phương pháp thay thế mới nào cho hóa trị liệu để điều trị căn bệnh nguy hiểm đến tính mạng được gọi là ung thư. Nanobots có tiềm năng thay đổi viễn cảnh này trong những năm tới bằng cách trở thành một phương pháp thay thế hiệu quả hơn, thông minh hơn và có mục tiêu là căn bệnh ung thư đang tấn công.
Nhắm mục tiêu ung thư
Trong nghiên cứu gần đây này, sự hợp tác giữa Đại học Bang Arizona, Hoa Kỳ và Trung tâm Quốc gia về Nano Khoa học và Công nghệ của Học viện Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, các nhà nghiên cứu đã thiết kế thành công, chế tạo và kiểm soát cẩn thận các nanobot tự động để chủ động tìm kiếm và tiêu diệt chính xác các khối u ung thư bên trong cơ thể - đồng thời không gây hại cho bất kỳ tế bào khỏe mạnh nào. Họ đã vượt qua một số thách thức đã gây khó khăn cho các nhà khoa học nano trong hơn hai thập kỷ, bằng cách thiết kế và sử dụng một chiến lược rất đơn giản và dễ hiểu để tìm kiếm và tiêu diệt khối u. Chiến lược đặc biệt là cắt đứt nguồn cung cấp máu trong tế bào khối u bằng cách gây đông máu vào tế bào khối u bằng cách sử dụng các nanobots dựa trên DNA. Vì vậy, họ đã nghĩ ra một thứ có vẻ đơn giản - gắn một loại enzyme làm đông máu quan trọng (gọi là Thrombin) lên bề mặt của nanobot origami DNA phẳng, có kích thước nano. Trung bình bốn phân tử Thrombin được gắn vào bề mặt phẳng của DNA tờ giấy origami kích thước 90nm x 60nm. Tấm phẳng này được gấp lại giống như một tờ giấy làm cho khuôn nanobots thành hình dạng của một ống rỗng. Những nanobot này được tiêm vào một con chuột (đã được gây ra bởi sự phát triển mạnh của khối u), chúng di chuyển khắp dòng máu và liên kết với mục tiêu của nó - các khối u. đông máu trong các mạch nuôi khối u phát triển, tạo ra sự phá hủy mô khối u hoặc chết tế bào. Điều thú vị là toàn bộ quá trình này diễn ra rất nhanh chóng và các nanobot bao quanh khối u trong vòng vài giờ sau khi tiêm. Bằng chứng về huyết khối tiến triển, trong tất cả các tế bào khối u được quan sát thấy sau khi tiêm 36 giờ.
Hơn nữa, các tác giả cũng quan tâm đến việc bao gồm một trọng tải đặc biệt trên bề mặt của nanobot (được gọi là aptamer DNA) sẽ nhắm mục tiêu cụ thể đến một protein, được gọi là nucleolin, được tạo ra với số lượng lớn chỉ trên bề mặt của tế bào khối u, do đó làm giảm Cơ hội của các nanobots từng tấn công các tế bào khỏe mạnh bằng XNUMX.
An toàn và hiệu quả
Các tác giả nhấn mạnh rằng nanobots an toàn và trơ về mặt miễn dịch để sử dụng cho chuột và thậm chí cả lợn và việc sử dụng nanobots không cho thấy sự thay đổi nào trong quá trình đông máu bình thường ở nơi khác hoặc cấu trúc tế bào hoặc bất kỳ vi khuẩn nào đối với não. Do đó, chúng đã được chỉ định là an toàn và hiệu quả trong việc nhắm mục tiêu và thu nhỏ các khối u mà không có bất kỳ tác dụng phụ không mong muốn nào có thể xảy ra. Hầu hết các nanobot cũng được cho là đang phân hủy và đào thải khỏi cơ thể sau 24 giờ. Mặc dù các nanobot có thể được thiết kế theo mô hình 'nanobots tái tạo', điều này có thể hiểu là giảm chi phí khi một vài bản sao được tạo ra và các nanobots khác tự tạo ra, rõ ràng là cách tiếp cận như vậy chỉ nên được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt . Liên quan đến lĩnh vực y học, cần phải có một phương pháp tiêu diệt hoàn hảo để ngăn chặn mọi trường hợp khắc nghiệt. Tất cả các yếu tố khi cân nhắc, hiệu quả của nanobots đưa chúng ta đến một điểm mà chúng không thể bị bỏ qua và nhìn vào tiềm năng nanobots của chúng sẽ là một thành phần thiết yếu của y học trong tương lai.
Một phương pháp tương tự có thể được sử dụng trên người vì các tác giả đã chỉ ra rằng hệ thống này cũng đã được thử nghiệm trên một mô hình ung thư phổi nguyên phát ở chuột - mô hình này bắt chước diễn biến lâm sàng của phổi ở người. ung thư bệnh nhân- và cho thấy sự thoái lui của bạn sau khi điều trị hai tuần. Ngoài ra, những nghiên cứu này cũng được thực hiện trên chuột, và trong vòng hai tuần, một hiệu ứng tương tự có thể chứng minh được đối với ung thư vú, ung thư hắc tố, ung thư buồng trứng và ung thư phổi đã được thấy ở động vật. Tuy nhiên, nghiên cứu cần được thực hiện trên người để xác nhận tính hợp lý của các kết quả tương tự và các thử nghiệm lâm sàng mạnh mẽ cần được thực hiện để đạt được kết quả tương tự.
Một cách rất thông minh và có mục tiêu để tấn công ung thư
Một trong những thách thức lớn của phương pháp điều trị ung thư là phân biệt chính xác và cẩn thận giữa các tế bào khối u ung thư và các tế bào cơ thể khỏe mạnh bình thường. Cách tiếp cận thông thường để trốn tránh và tiêu diệt tế bào khối u - hóa trị và xạ trị - không thể nhắm mục tiêu chọn lọc các tế bào khối u mà không tương tác với các tế bào bình thường của cơ thể. Do đó, hóa trị và xạ trị có xu hướng gây ra các tác dụng phụ nghiêm trọng, cả nhỏ và lớn, bao gồm tổn thương các cơ quan dẫn đến việc điều trị ung thư rất kém và do đó tỷ lệ sống sót ở bệnh nhân thấp. Nanobot như loại được mô tả trong nghiên cứu này là loại đầu tiên ở động vật có vú, rất mạnh và hiệu quả trong việc xác định các tế bào khối u và làm giảm sự phát triển và tăng sinh của chúng. Hệ thống robot DNA này có thể được sử dụng để điều trị ung thư chính xác và nhắm mục tiêu cho nhiều loại ung thư, vì tất cả các mạch máu nuôi khối u rắn về cơ bản đều giống nhau.
Nghiên cứu này đã mở đường cho tương lai bắt đầu suy nghĩ và lập kế hoạch cho các giải pháp y tế thực tế sử dụng các tiến bộ công nghệ. Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu ung thư là loại bỏ thành công các khối u rắn, không có tác dụng phụ nghiêm trọng và giảm di căn. Nhìn vào nghiên cứu này, chúng ta thấy hy vọng to lớn vào tương lai, nơi chiến lược hiện tại này có thể là lý tưởng để đạt được mục tiêu cuối cùng là giải quyết bệnh ung thư. Và không chỉ bệnh ung thư, chiến lược này cũng có thể được phát triển như một nền tảng phân phối thuốc để điều trị nhiều bệnh khác vì cách tiếp cận sẽ chỉ đơn giản là sửa đổi cấu trúc của nanobots và thay đổi lượng cargos được nạp. Ngoài ra, nanobots có thể giúp chúng ta hiểu sâu hơn về sự phức tạp của cơ thể và bộ não con người. Điều này cũng sẽ giúp thực hiện các cuộc phẫu thuật không đau và không xâm lấn, ngay cả những cuộc phẫu thuật phức tạp nhất. Trong tương lai, giả sử hai thập kỷ kể từ bây giờ, một mũi tiêm nanobot duy nhất có thể chữa khỏi hoàn toàn bệnh tật.
***
Nguồn
Li S và cộng sự 2018. Một nanorobot DNA có chức năng như một phương pháp điều trị ung thư để phản ứng với kích hoạt phân tử in vivo. Công nghệ sinh học tự nhiên. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
***
