Deploying nanorobotics for diagnosis and treatment | Simone Schuerle
Bijna 1,7 miljoen nieuwe gevallen van kanker worden elk jaar in de Verenigde Staten ontdekt, en elk jaar worden bijna 600.000 mensenlevens in de VS door kanker geëist, waardoor het op nationaal niveau de op één na belangrijkste doodsoorzaak is. De behandeling is soms slechter dan de ziekte, omdat invasieve operaties traumatisch kunnen zijn en chemotherapie bijwerkingen kan veroorzaken die het hele lichaam verwoesten. Maar een nieuwe techniek beschreven in Natuurbiotechnologie, dat nanorobots - letterlijk microscopische robots - gebruikt om zich specifiek op tumoren te richten en hun bloedtoevoer af te sluiten, heeft het potentieel om de behandeling voor altijd te veranderen.
In het artikel, gepubliceerd in februari, toonde een internationaal team van wetenschappers de effectiviteit van het gebruik van DNA-nanorobots om tumoren bij muizen en varkens met kanker aan te vallen. Deze robots van nanometergrootte zijn gemaakt van DNA dat zich precies op het juiste moment en op de juiste plaats ontvouwt om een medicijn af te leveren enkel en alleen het exacte doelwit in het lichaam. Het DNA, opgevouwen als een origami-pakket, bevatte moleculen van trombine, een enzym dat bloedstolsels maakt.
Om te testen of dit nieuwe medicijnafgiftesysteem werkt, injecteerde het team van wetenschappers van de Arizona State University en het National Center for Nanoscience and Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen de nanorobots in de bloedbanen van muizen met tumoren. Zij vonden dat de behandeling effectief tumors richtte, hun groei stopte en zelfs de dood van de tumor initieerde.
Het stoppen van de tumorgroei is niet voldoende om te bewijzen dat het medicijn werkt, het moet ook veilig blijken te zijn. Dus injecteerden de onderzoekers de nanorobots ook in de bloedbanen van Bama-miniatuurvarkens, waarvan is aangetoond dat ze goede modellen zijn voor het testen van voorlopige geneesmiddelenveiligheid voor mensen. Een belangrijk punt van zorg bij nanorobots is dat ze in de hersenen kunnen komen en beroertes kunnen veroorzaken, maar dit gebeurde niet bij de proefdieren.
De precisie van de nanorobots, wat hun potentieel voor veilige kankerbehandeling zo groot maakt, is te danken aan hun zorgvuldig vervaardigde structuur. Het "pakket" dat het geneesmiddel vasthoudt, bestaat uit DNA-vellen van 60 bij 90 nanometer, die zich rond trombinemoleculen wikkelen. Aan de buitenzijde van de gevouwen vellen bevinden zich moleculen die nul binnenkomen op nucleoline, een eiwit dat aanwezig is in de bekleding van bloedvaten geassocieerd met groeiende tumoren.
Deze moleculen, aptamers genaamd, zijn beide gericht op de juiste plek om medicijnen af te leveren en eigenlijk open de DNA-sheet omhoog om het trombine bloot te leggen wanneer de nanorobot de juiste plek vindt. In theorie, wanneer het trombine wordt vrijgegeven, stolt het het bloed dat de tumor binnengaat, waardoor het uitgehongerd wordt van de zuurstof die het nodig heeft om te groeien. Deze methode, die de tumor in wezen wurgt, doet denken aan de klasse van kankergeneesmiddelen die bekend staan als angiogenese-remmers, die helpen bij het remmen van de groei van bloedvaten die tumoren voeden.
Deze nanorobots laten een grote belofte zien, maar ze zijn nog niet klaar voor de mens. Om daar te komen, zoeken de onderzoekers naar klinische partners om dit behandeltraject verder te ontwikkelen. Toch maakt het feit dat het bij muizen en varkens lijkt te werken, het waarschijnlijk dat nanorobots zoals deze beschikbaar zullen zijn als kankerbehandelingen in onze levens.
Abstract: Nanoschaalrobots hebben potentieel als intelligente medicijnafgiftesystemen die reageren op moleculaire triggers. Met behulp van DNA-origami hebben we een autonome DNA-robot gebouwd die is geprogrammeerd om payloads te vervoeren en deze specifiek in tumoren te presenteren. Onze nanorobot is aan de buitenkant gefunctionaliseerd met een DNA-aptameer dat nucleoline, een eiwit dat specifiek tot expressie wordt gebracht op met tumor geassocieerde endotheelcellen, en het bloedstollingproteasetrombine in de inwendige holte bindt. Het nucleoline-targeting-aptameer dient zowel als een doelgericht domein en als een moleculaire trigger voor de mechanische opening van de DNA-nanorobot. Het thrombine binnenin wordt aldus blootgesteld en activeert coagulatie op de tumorplaats. Met behulp van tumordragende muismodellen laten we zien dat intraveneus geïnjecteerde DNA-nanorobots trombine specifiek aan tumor-geassocieerde bloedvaten afgeven en intravasculaire trombose veroorzaken, resulterend in tumornecrose en remming van tumorgroei. De nanorobot bleek veilig en immunologisch inert in muizen en Bama miniatuurvarkens. Onze gegevens laten zien dat DNA-nanorobots een veelbelovende strategie vormen voor precieze medicijnafgifte bij kankertherapie.
Hoe Wu-Tang Clan Waren Rap's baanbrekende geeks
Je zult nooit een betere compilatie van dope rappers vinden dan de Wu-Tang Clan. Niemand verwachtte dat rappers zo goed waren van de minst gangsterstad in NYC, Staten Island. Maar de Wu waren niet je gemiddelde gangster-rappers. Hoewel hun muziek de typische weergave is van de jaren negentig zanderige, ruige ra ...
Bewustzijn: baanbrekende hersenstudie toont hoop voor onbewuste patiënten
Voor gezinnen met geliefden in niet-reagerende staten, is alle informatie die zou kunnen bepalen of ze nog bij bewustzijn zijn een enorme troost. Een nieuwe studie suggereert dat vier specifieke patronen van hersenactiviteit de aanwezigheid van bewustzijn kunnen aantonen.
Kankervaccin gebruikt lichaamseigen cellen om tumoren te vernietigen
Een team van Britse wetenschappers in het Guy's Hospital in Londen spant geld in voor het leger van het lichaam om op te klimmen, omdat ze een nieuwe, op vaccins gebaseerde behandeling gebruiken om kankertumoren te vernietigen. Ze hebben het net toegediend aan hun eerste patiënt, een vrouw met vergevorderde baarmoederhalskanker, als onderdeel van een proefrun. Jarenlang hebben we onze ... gewapend.