Katika utafiti wa hivi majuzi, watafiti wameunda kwa mara ya kwanza mfumo wa nanorobotic unaojitegemea kwa kulenga saratani.
Katika maendeleo makubwa katika nanomedicine, uwanja unaochanganya nanoteknolojia na dawa, watafiti wameunda njia za riwaya za matibabu ya matibabu kwa kutumia nanoparticles ndogo sana, za ukubwa wa molekuli (mashine au roboti ambazo ziko karibu na kipimo cha hadubini cha nanometer 10-9m) lengo kansa, katika utafiti huu wa ajabu uliochapishwa katika Hali ya Bioteknolojia.
DNA origami nanobot: kisafirishaji cha kichawi
DNA origami is a process in which a DNA is folded in a nanoscale level and is used to build active structures at the tiniest scales (origami as in the art of paper folding). DNA is a great storage of information and thus structures which are built out of it can be used as information carriers. In line with this capability, these DNA nanoparticles (or ‘DNA nanorobots’ or ‘nanorobots’ or simply ‘nanobots’) can move and lift cargo at the smallest scales for specific tasks in the human body and thus are suitable for many nanorobotiki applications. The size of such a nanobot is 1000 times smaller than a single strand of human hair. This field of nanorobotics has been full of excitement for the past two decades and many experts have been focusing on developing such nanoscale structures based out on DNA which can fold themselves into all sorts of shapes and sizes to revolutionize medicine especially therapy and drug delivery.
Teknolojia ya Nanorobot sasa inatumika sana na tayari imeleta mageuzi katika nyanja kama vile picha za matibabu, vifaa, vitambuzi, mifumo ya nishati na pia dawa. Katika dawa, nanobotsha zina faida kubwa hasa kwa sababu hazizalishi shughuli zozote zenye madhara, hazina athari inayowezekana na ni mahususi sana katika eneo gani katika mwili zitalenga na kufanyia kazi. Gharama ya awali ya maendeleo ya nanoroboti labda ya juu lakini utengenezaji unapofanywa kwa njia ya kawaida ya usindikaji wa kundi hupunguza gharama kwa kiasi kikubwa.Zaidi ya hayo, ukubwa mdogo wa nanorobots huwafanya kuwa bora kwa kulenga bakteria na virusi. Pia, nanoroboti ndogo inaweza kudungwa kwa urahisi sana mwilini na inaelea kwa urahisi kupitia damu (mfumo wa mzunguko wa damu) na kusaidia katika kugundua matatizo na kuyatibu. Nanobots zimepata umuhimu mkubwa katika utafiti wa saratani kwa vile zinaweza kuwa mbadala zisizo na uchungu za chemotherapy ambayo vinginevyo inasisitiza sana na huweka mzigo mkubwa wa kibinafsi na wa kifedha kwa mgonjwa. Chemotherapy sio tu njia kali ya kutibu saratani, lakini kando na kushambulia seli za saratani, utaratibu huo unaacha athari kadhaa kwa mwili wote. Bado sayansi haijaweza kugundua njia mbadala mpya ya chemotherapy kwa ajili ya kutibu ugonjwa huu hatari unaoitwa saratani. Nanoboti zina uwezo wa kubadilisha hali hii katika miaka ijayo kwa kuwa saratani bora zaidi, nadhifu na inayolengwa mbadala ya kushambulia.
Kulenga saratani
Katika utafiti huu wa hivi karibuni, ushirikiano kati ya Chuo Kikuu cha Arizona State, Marekani, na Kituo cha Kitaifa cha Nano sayansi na Teknolojia ya Chuo cha Sayansi cha China, Beijing, watafiti wamefanikiwa kubuni, kujenga na kudhibiti kwa uangalifu nanoboti za kiotomatiki ili kutafuta kikamilifu na kuharibu uvimbe wa saratani ndani ya mwili - bila kuumiza seli zozote zenye afya. Walishinda changamoto kadhaa ambazo zimekuwa zikiwasumbua wanasayansi wa nano kwa zaidi ya miongo miwili, kwa kubuni na kutumia mkakati rahisi na wa moja kwa moja kutafuta na kuharibu tumor. Mkakati ulikuwa ni kukata ugavi wa damu katika seli ya uvimbe kwa kushawishi kuganda kwa damu kwenye seli ya uvimbe kwa kutumia nanoboti zenye msingi wa DNA. Kwa hiyo, walifikiria kitu kilichoonekana kuwa rahisi - ambatisha kimeng'enya muhimu cha kuganda kwa damu (kinachoitwa Thrombin) kwenye uso wa DNA ya origami nanobot ya gorofa, nanoscaled. Wastani wa molekuli nne za Thrombin ziliunganishwa kwenye uso wa gorofa wa DNA karatasi ya origami ya ukubwa wa 90nm kwa 60nm. Laha hii tambarare ilikunjwa kama karatasi na kufanya nanoboti kufinya kuwa umbo la mrija usio na mashimo. Nanoboti hizi zilidungwa kwenye panya (ambazo zilichochewa na ukuaji mkali wa uvimbe), zilisafiri katika mkondo wa damu kufikia na kushikana na lengo lake - uvimbe. Baadaye, shehena ya nanobot - kimeng'enya cha Thrombin - huletwa na hivyo kuzuia mtiririko wa damu wa uvimbe unaoongoza. kwa kuganda kwa damu ndani ya mishipa inayolisha ukuaji wa tumor, na kusababisha uharibifu wa tishu za tumor au kifo cha seli. Mchakato huu wote, wa kufurahisha hutokea kwa haraka sana na nanoboti huzunguka uvimbe ndani ya saa moja baada ya kudungwa. Ushahidi wa thrombosis ya juu, katika seli zote za tumor zilizingatiwa baada ya masaa 36 ya sindano.
Zaidi ya hayo, waandishi pia walitunza kujumuisha upakiaji maalum kwenye uso wa nanobot (inayoitwa aptamer ya DNA) ambayo ingelenga haswa protini, inayoitwa nucleolin, ambayo hutengenezwa kwa kiwango kikubwa tu kwenye uso wa seli za tumor, na hivyo kupunguza. uwezekano wa nanoboti kushambulia seli zenye afya hadi sifuri. Nanoboti hizi sio tu zilipunguza na kuua seli za uvimbe lakini pia zilizuia metastasis - ukuaji wa pili wa saratani kwenye tovuti ya mbali.
Usalama na ufanisi
Waandishi wanasisitiza kuwa nanoboti ni salama na haizii kinga kwa matumizi ya panya na hata nguruwe na matumizi ya nanoboti hayakuonyesha mabadiliko katika mgando wa kawaida wa damu mahali pengine au muundo wa seli au breechinto yoyote ya ubongo. Kwa hivyo, yameteuliwa kuwa salama na yenye ufanisi kuelekea kulenga na kupungua kwa uvimbe bila madhara yoyote yasiyotakikana. Nanoboti nyingi pia zilionekana kudhalilisha na kuondolewa kutoka kwa mwili baada ya masaa 24. Ingawa nanoboti zinaweza kuundwa kwa 'mfano wa kuiga nanobots', ambayo inaeleweka kuweka gharama chini kwani nakala chache zinatengenezwa na nanoboti zingine zinajizalisha, ni wazi kuwa njia kama hiyo inapaswa kutumika tu katika hali maalum. . Kuhusiana na taaluma ya dawa, ubadilishaji wa kuua-upumbavu pia unahitaji kuwapo ili kuzuia hali zozote mbaya. Mamlaka za kisheria zinahitaji kubuni kanuni ili kuepuka matumizi mabaya ya nanoboti katika dawa, kwa mfano nanoboti zilizo na silaha. Mambo yote yanapopimwa, ufanisi wa nanobots hutuleta kwa uhakika kwamba hawawezi kupuuzwa na kuangalia nanobots yao ya uwezo itakuwa sehemu muhimu ya dawa katika siku zijazo.
Njia kama hiyo inaweza kutumika kwa wanadamu kwani waandishi wameonyesha kuwa mfumo huu pia ulijaribiwa kwenye mfano wa saratani ya mapafu ya panya - ambayo inaiga kozi ya kliniki ya mapafu ya binadamu. kansa wagonjwa- na walionyesha kupungua kwa tumor baada ya matibabu ya wiki mbili. Pia, masomo haya yalifanywa kwa panya, na ndani ya wiki mbili athari sawa ya kuonyeshwa kwa saratani ya matiti, melanoma, ovari na saratani ya mapafu ilionekana kwa wanyama. Utafiti, hata hivyo unahitaji kufanywa kwa wanadamu ili kuthibitisha usaidizi wa matokeo sawa na majaribio ya kimatibabu yanahitaji kufanywa ili kufikia sawa.
Njia nzuri sana na inayolengwa ya kushambulia saratani
Mojawapo ya changamoto kuu za matibabu ya saratani ni kutofautisha kwa uangalifu na kwa usahihi kati ya seli za tumor ya saratani na seli za kawaida, zenye afya. Mbinu ya kawaida ya kukwepa na kuua seli za uvimbe - chemotherapy na tiba ya mionzi - inashindwa kulenga seli za tumor kwa kuchagua bila kuingiliana na seli za kawaida za mwili. Kwa hivyo, tiba ya kidini na pia tiba ya mionzi huwa na kusababisha madhara makubwa, madogo na makubwa, ikiwa ni pamoja na uharibifu wa chombo ambacho husababisha matibabu yasiyofaa sana ya saratani na hivyo viwango vya chini vya kuishi kati ya wagonjwa. Nanoboti kama zile zilizoelezewa katika utafiti huu ni za aina ya kwanza kwa mamalia ambao wana nguvu sana na hufaa katika kutambua seli za tumor na kupunguza ukuaji na kuenea kwao. Mfumo huu wa roboti wa DNA unaweza kutumika kwa tiba sahihi na inayolengwa ya saratani kwa aina nyingi za saratani, kwani mishipa yote dhabiti ya kulisha damu ni sawa.
Utafiti huu umefungua njia kwa siku zijazo kuanza kufikiria na kupanga masuluhisho ya vitendo ya matibabu kwa kutumia maendeleo ya kiteknolojia. Lengo kuu la utafiti wa saratani ni kutokomeza kabisa uvimbe mnene, bila athari mbaya na kupungua kwa metastasis. Kuangalia utafiti huu, tunaona matumaini makubwa kwa siku zijazo ambapo mkakati huu wa sasa unaweza kuwa bora kwa kukamilisha lengo kuu la kukabiliana na saratani. Na sio saratani pekee, mkakati huu pia unaweza kutengenezwa kama jukwaa la utoaji wa dawa kwa matibabu ya magonjwa mengine mengi pia kwa sababu mbinu hiyo itakuwa kurekebisha muundo wa nanoboti na kubadilisha mizigo iliyopakiwa. Pia, nanoboti zinaweza kutusaidia kuelewa zaidi ugumu wa mwili wa binadamu na ubongo. Hii pia itasaidia katika kufanya upasuaji usio na uchungu na usio na uvamizi, hata ule ulio ngumu zaidi. Kinadharia katika hatua hii, kutokana na ukubwa wao wa nanoboti zinaweza pia kuvinjari seli za ubongo na kutoa taarifa zote zinazohusiana zinazohitajika kwa ajili ya utafiti zaidi. Katika siku zijazo, tuseme miongo miwili kuanzia sasa, sindano moja ya nanoboti inaweza kuponya kabisa magonjwa.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Li S et al 2018. Nanorobot ya DNA hufanya kazi kama tiba ya saratani katika kukabiliana na kichocheo cha molekuli katika vivo. Hali ya Bioteknolojia. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
