Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

Целевая доставка препаратов: робоконтейнеры из ДНК

ДНК-роботы научились бороться с раковыми клетками

Дмитрий Малянов, «Газета.Ru»

С помощью ДНК-роботов, сложенных на манер оригами, бионженерам из Гарвардского университета удалось доставить раковым клеткам «черные метки» – команду на самоуничтожение.

Исследовательская группа Уиссовского института биоинженерии при Гарвардском университете сконструировала ДНК-робота, способного отыскивать нужные мишени в смешанной клеточной культуре и передавать нужные молекулярные инструкции, например – скомандовать раковой клетке самоуничтожиться.

Такая технология, имитирующая работу иммунной системы, в будущем позволит на клеточном уровне программировать иммунные ответы при лечении различных заболеваний. Статья с ее описанием (A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular Payloads) опубликована в пятницу в Science.

Используя метод ДНК-оригами, позволяющий создавать сложные трехмерные объекты из отдельных цепей ДНК, доктор Шоун Даглас и бывший сотрудник Уиссовского института Идо Бахелет из израильского Университета имени Бар-Илана сконструировали ДНК-робота в форме открытого с двух концов наноразмерного цилиндра. Фрагмент ДНК, играющий роль контейнера, свернут в цилиндр, удерживаемый специальными ДНК-защелками, которые открываются, распознав на клеточной мембране определенные комбинации белков, маркирующих патологию. Отыскав мишень, защелки меняют конфигурацию, и цилиндр раскрывается, освобождая заключенный внутри рабочий фрагмент антитела – белка-инструкции, взаимодействующего с определенными сигнальными рецепторами на внешней поверхности клеточной мембраны.


Специальные нуклеотидные последовательности (аптамеры) играют роль щеколды,
удерживающей ДНК-цилиндр в закрытом состоянии.
Аптамеры способны избирательно связываться с определенными белками
(например, протеинами на поверхностях клеточных мебран),
размыкая цилиндр и освобождая антитело. // Science


Роботы-оригами из ДНК в сложенном и разобранном состоянии

Используя ДНК-роботов, Даглас и Бахелет транслировали определенные «послания», спрятанные внутри цилиндров, клеткам двух разновидностей рака – лейкоза и лимфомы.

«Послания» содержали инструкции, включающие механизм самоуничтожения клеток по аналогии со стандартной иммунной процедурой по удалению из организма стареющих или нетипичных клеток. И поскольку опухолевые лейкоциты и лимфоциты понимают разные молекулярные инструкции, «послания» внутри ДНК-цилиндров представляли собой по-разному скомбинированные фрагменты антител.

Предложенная технология нанотерапевтического программирования имитирует естественный иммунный алгоритм, при котором белые кровяные клетки, постоянно патрулирующие кровоток, реагируют на чужеродные частицы, в том числе и патогенные клетки. Лейкоциты отыскивают больные клетки, прицепляются к ним и посредством специальных белков передают инструкции, приказывающие клетке самоуничтожиться. Наделяя ДНК-цилиндр различными «щеколдами» и белками-инструкторами, можно, таким образом, создавать наноразмерные роботы-трансформеры, запрограммированные на поиск и инструктирование различных патогенных клеток.

«В конечном итоге мы сможем сочетать в таких ДНК-устройствах различные сенсорные и логические функции, по разному комбинируя структурные фрагменты ДНК, антител, аптамеров и металлопротеинов, чтобы нужным образом воздействовать на раковые клетки и Т-лимфоциты (разновидность лимфоцитов, играющих важную роль в приобретенном имунном ответе. – Газета.Ru)», – комментирует статью в Science доктор Джордж Черч, профессор генетики Гарвардской медицинской школы и ведущий исследователь в проекте по созданию ДНК-роботов.

По разному настраивая ДНК-цилиндры и загружаемые в них антитела, авторы исследования заставили ДНК-роботов отыскивать правильные мишени в смешанных культурах из здоровых и раковых лейкоцитов и лимфоцитов, цепляясь к клеточным рецепторам патогенов и транслируя клеткам нужные инструкции.

Результат работы ДНК-роботов контролировался с помощью люминисцентного маркирования антител, металлопротеинов, а также посредством электронного микроскопа, позволяющего непосредственно наблюдать за конфигурацией ДНК-цилиндров.

Из-за хорошей биосовместимости ДНК-контейнеров, которые, сделав свое дело, разрушаются, не оказывая токсичного действия на организм, ДНК-роботы давно рассматриваются как одна из самых перспективных технологогий в лечении онкологических и других заболеваний, требующих прицельной клеточной доставки лекарств или перепрограммирования клеток. Главной проблемой остается выбор наиболее эффективного способа доставки и выгрузки лекарства, а также запуска той или иной инструкции.

Робот в форме открытого ДНК-цилиндра, который можно загрузить, замкнув фрагмент ДНК буквально одним «щелчком», и также легко разгрузить, запрограммировав ДНК-щеколду на комбинацию патогенных протеинов, оставляет позади одно из главных препятствий, стоявших на пути нанотерапии. Новизна технологии заключается также в том, что в отличие от предложенных ранее решений такое ДНК-устройство способно реагировать не только на базовые нуклеиновые последовательности ДНК и РНК внутри патогенных клеток, но и действовать на более высоком сигнальном уровне, избирательно реагируя на маркерные белки, расположенные на внешней клеточной мембране.

Пока роботы успешно отыскивают свои мишени in vitro – в специально подготовленной культуре клеток. Понятно, что пробирочные эксперименты сильно отличаются от реальных условий, в которых придется работать ДНК-устройствам. Иммунная система будет воспринимать посторонние ДНК-объекты как чужеродные тела, поэтому роботов придется учить обходить иммунную защиту или маскировать их, например, покрывая ДНК-цилиндры родными для организма протеинами. Как бы то ни было, первый шаг по пути к нанотерапии сделан – задачу по созданию логических наноустройств, основанных на ДНК, можно считать решенной.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.02.2012

Читать статьи по темам:

доставка препаратов нанобиотехнология наномедицина Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Биомедицина сегодня и завтра

О настоящем и будущем биомедицины рассказывает обозреватель «МК».

читать

Наночастицы с начинкой из миРНК для лечения рака

При проведении первых клинических исследований с использованием комплекса наночастиц и малых интерферирующих РНК исследователям удалось успешно блокировать экспрессию гена-мишени в раковых клетках.

читать

Наношприц для клеток

Кремниевые наноиглы, подобно шприцу, прокалывают мембрану растущих клеток, высвобождая в цитоплазму молекулы веществ, которыми покрыта их поверхность. Матрицы из таких наноигл обещают занять важное место в арсенале методов клеточной биологии.

читать

О развитии нанобиотехнологии

В статье кратко изложены некоторые из актуальных направлений современной нанобиотехнологии: адресная доставка лекарств, диагностика заболеваний, биосовместимые материалы, наноустройства, потенциальные биологические риски при использовании наночастиц и наноматериалов, проблема подготовки кадров для нанобиоиндустрии и биоинженерии.

читать

PiPs-структуры – новое слово в доставке препаратов

Инкапсуляция активных ингредиентов в компартменты полимерсом в полимерсомах (PiPs-структур) открывает новые возможности в доставке и контролируемом высвобождении комбинаций лекарственных препаратов.

читать

Доставка препаратов: капля камень точит

Имплантаты из биосовместимого высокопористого трёхмерного полимерного материала способны выделять лекарство небольшими дозами в течение месяцев.

читать