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Nanorobotica: un modo più intelligente e mirato per attaccare il cancro

INGEGNERIA E TECNOLOGIANanorobotica: un modo più intelligente e mirato per attaccare il cancro

In un recente studio, i ricercatori hanno sviluppato per la prima volta un sistema nanorobotico completamente autonomo per colpire specificamente il cancro

In un importante progresso nella nanomedicina, il campo che combina la nanotecnologia con la medicina, i ricercatori hanno sviluppato nuove vie di trattamento terapeutico utilizzando nanoparticelle molto piccole di dimensioni molecolari (macchine o robot che sono vicini alla scala microscopica di un nanometro 10-9 m) per obbiettivo cancro, in questo notevole studio pubblicato su Nature Biotechnology.

DNA origami nanobot: il trasportatore magico

DNA l'origami è un processo in cui un DNA viene piegato a livello di nanoscala e viene utilizzato per costruire strutture attive su scale più piccole (origami come nell'arte della piegatura della carta). Il DNA è un grande deposito di informazioni e quindi le strutture che ne sono costruite possono essere utilizzate come vettori di informazioni. In linea con questa capacità, questi DNA nanoparticelle (o "nanorobot DNA" o "nanorobot" o semplicemente "nanobot") possono spostare e sollevare carichi alle scale più piccole per compiti specifici nel corpo umano e quindi sono adatti a molti nanorobotico applicazioni. La dimensione di un tale nanobot è 1000 volte più piccola di una singola ciocca di capelli umani. Questo campo della nanorobotica è stato pieno di entusiasmo negli ultimi due decenni e molti esperti si sono concentrati sullo sviluppo di tali strutture su nanoscala basate sul DNA che possono piegarsi in tutti i tipi di forme e dimensioni per rivoluzionare la medicina, in particolare la terapia e la somministrazione di farmaci.

La tecnologia Nanorobot è ora ampiamente utilizzata e ha già rivoluzionato campi come l'imaging medico, i dispositivi, i sensori, i sistemi energetici e anche la medicina. In medicina, i nanobot hanno vantaggi significativi principalmente perché non generano attività dannose, non hanno alcun possibile effetto collaterale e sono molto specifici in quale sito del corpo saranno mirati e su cui opereranno. Il costo iniziale di sviluppo dei nanorobot potrebbe essere elevato, ma la produzione, se eseguita con il metodo convenzionale di elaborazione in batch, riduce notevolmente i costi. Inoltre, le dimensioni minuscole dei nanorobot li rendono ideali per colpire batteri e virus. Inoltre, un minuscolo nanorobot può essere iniettato molto facilmente nel corpo e galleggia facilmente attraverso il sangue (il sistema circolatorio) e aiuta a rilevare i problemi e a curarli. I nanobot hanno acquisito molta importanza nella ricerca sul cancro poiché possono essere un'alternativa indolore alla chemioterapia, che altrimenti è molto stressante e comporta un enorme onere personale e finanziario per il paziente. La chemioterapia non è solo un modo duro di curare il cancro, ma oltre ad attaccare le cellule tumorali, la procedura lascia diversi effetti collaterali in tutto il corpo. Eppure la scienza non è stata in grado di scoprire alcuna nuova alternativa alla chemioterapia per il trattamento di questa malattia pericolosa per la vita chiamata cancro. I nanobot hanno il potenziale per cambiare questo scenario nei prossimi anni essendo un'alternativa più efficiente, più intelligente e mirata per attaccare il cancro.

Mirare al cancro

In questo recente studio, una collaborazione tra Arizona State University, USA, e National Center for Nano Science and Technology dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino, i ricercatori hanno progettato, costruito e controllato con successo nanobot automatizzati per cercare attivamente e distruggere con precisione i tumori cancerosi all'interno del corpo, senza danneggiare nessuna delle cellule sane. Hanno superato diverse sfide che affliggono i nano scienziati da oltre due decenni, progettando e utilizzando una strategia molto semplice e diretta per cercare e distruggere il tumore. La strategia consisteva nell'interrompere specificamente l'afflusso di sangue in una cellula tumorale inducendo la coagulazione del sangue nella cellula tumorale utilizzando nanobot basati sul DNA. Quindi, hanno pensato a qualcosa di apparentemente semplice: attaccare un enzima chiave per la coagulazione del sangue (chiamato trombina) alla superficie del nanobot origami a DNA piatto e su scala nanometrica. Una media di quattro molecole di trombina sono state attaccate alla superficie piana del DNA foglio origami di dimensioni 90 nm per 60 nm. Questo foglio piatto è stato piegato come un foglio di carta, facendo modellare i nanobot nella forma di un tubo cavo. Questi nanobot sono stati iniettati in un topo (che era stato indotto con una crescita tumorale aggressiva), hanno viaggiato attraverso il flusso sanguigno raggiungendo e legandosi al suo bersaglio - i tumori. Successivamente, il carico di nanobot - l'enzima trombina - viene consegnato bloccando così il flusso sanguigno del tumore che porta alla coagulazione del sangue all'interno dei vasi che alimentano la crescita tumorale, generando la distruzione del tessuto tumorale o la morte cellulare. L'intero processo, curiosamente, avviene molto rapidamente e i nanobot circondano il tumore entro poche ore dall'iniezione. Evidenza di trombosi avanzata, in tutte le cellule tumorali è stata osservata dopo 36 ore dall'iniezione.

Inoltre, gli autori si sono anche occupati di includere uno speciale carico utile sulla superficie del nanobot (chiamato DNA aptamer) che avrebbe mirato specificamente a una proteina, chiamata nucleolina, prodotta in quantità elevate solo sulla superficie delle cellule tumorali, riducendo così le possibilità che i nanobot attacchino le cellule sane a zero. Questi nanobot non solo hanno ridotto e ucciso le cellule tumorali, ma hanno anche impedito la metastasi, la crescita cancerosa secondaria in un sito distante.

Sicurezza ed efficacia

Gli autori sottolineano che i nanobot sono sicuri e immunologicamente inerti per l'uso nei topi e persino nei maiali e l'uso dei nanobot non ha mostrato cambiamenti nella normale coagulazione del sangue altrove o nella struttura cellulare o nel cervello. Pertanto, sono stati designati come sicuri ed efficaci nel prendere di mira e ridurre i tumori senza possibili effetti collaterali indesiderati. Si è visto anche che la maggior parte dei nanobot si stava degradando e si allontanava dal corpo dopo 24 ore. Sebbene i nanobot possano essere progettati in un modello di "nanobot replicanti", il che è comprensibile per contenere i costi poiché vengono realizzate poche copie e altri nanobot vengono generati automaticamente, è chiaro che tale approccio dovrebbe essere applicato solo in circostanze speciali . Per quanto riguarda il campo della medicina, deve essere presente anche un kill switch infallibile in modo da tenere a bada qualsiasi circostanza estrema. Le autorità legali devono elaborare regolamenti per evitare qualsiasi uso improprio dei nanobot in medicina, ad esempio i nanobot armati. Tutti i fattori se valutati, l'efficacia dei nanobot ci porta a un punto che non possono essere trascurati e guardare ai loro potenziali nanobot sarà una componente essenziale della medicina in futuro.

Un approccio simile potrebbe essere utilizzato sugli esseri umani poiché gli autori hanno dimostrato che questo sistema è stato testato anche su un modello primario di cancro al polmone di topo, che imita il decorso clinico umano del polmone. cancro pazienti e ha mostrato una regressione del tumore dopo un trattamento di due settimane. Inoltre, questi studi sono stati condotti sui topi e nel giro di due settimane è stato osservato un effetto dimostrabile simile su tumori al seno, melanoma, cancro alle ovaie e ai polmoni negli animali. Lo studio, tuttavia, deve essere condotto sull'uomo per confermare la plausibilità di risultati simili e devono essere condotti studi clinici robusti per ottenere gli stessi.

Un modo molto intelligente e mirato per attaccare il cancro

Una delle principali sfide della terapia del cancro è quella di differenziare accuratamente e correttamente tra le cellule tumorali del cancro e le cellule normali e sane del corpo. L'approccio convenzionale per sottrarsi e uccidere le cellule tumorali – chemioterapia e radioterapia – non riesce a colpire selettivamente le cellule tumorali senza interagire con le normali cellule del corpo. Pertanto, la chemioterapia e anche la radioterapia tendono a causare gravi effetti collaterali, sia minori che maggiori, compreso il danno d'organo che si traduce in un trattamento molto ridotto del cancro e quindi in bassi tassi di sopravvivenza tra i pazienti. I nanobot come quelli descritti in questo studio sono i primi nel suo genere nei mammiferi che sono molto forti ed efficaci nell'identificare le cellule tumorali e nel diminuire la loro crescita e proliferazione. Questo sistema robotico a DNA può essere utilizzato per una terapia del cancro precisa e mirata per molti tipi di cancro, poiché tutti i vasi sanguigni che alimentano il tumore solido sono essenzialmente gli stessi.

Questa ricerca ha aperto la strada al futuro per iniziare a pensare e pianificare soluzioni mediche pratiche utilizzando i progressi tecnologici. L'obiettivo finale della ricerca sul cancro è l'eradicazione di successo dei tumori solidi, senza gravi effetti collaterali e metastasi ridotte. Guardando questo studio, vediamo un'immensa speranza per il futuro in cui questa strategia attuale potrebbe essere l'ideale per raggiungere l'obiettivo finale di combattere il cancro. E non solo il cancro, questa strategia potrebbe anche essere sviluppata come piattaforma di somministrazione di farmaci per il trattamento di molte altre malattie perché l'approccio sarebbe semplicemente modificare la struttura dei nanobot e alterare i carichi caricati. Inoltre, i nanobot possono aiutarci a comprendere ulteriormente la complessità del corpo umano e del cervello. Questo aiuterà anche a eseguire interventi chirurgici indolori e non invasivi, anche quelli più complicati. Ipoteticamente a questo punto, a causa delle loro dimensioni, i nanobot potrebbero anche navigare attraverso le cellule cerebrali e generare tutte le informazioni correlate necessarie per ulteriori ricerche. In futuro, diciamo tra due decenni, una singola iniezione di un nanobot potrebbe essere in grado di curare completamente le malattie.

***

{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Li S et al 2018. Un nanorobot a DNA funziona come una terapia antitumorale in risposta a un trigger molecolare in vivo. Nature Biotechnologyhttps://doi.org/10.1038/nbt.4071

Squadra SCIEU
Squadra SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Progressi significativi della scienza. Impatto sull'umanità. Menti ispiratrici.

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