Niemal równo trzy lata temu, gdy dopiero zaczynałem przygodę z nic prostszego, opisywałem publikację z pisma Nature dotyczącą tzw. origami DNA. Był to bodajże jeden z pierwszych wpisów na blogu, więc istnieje dość poważne podejrzenie, że większość z Was mogła go nie widzieć, dlatego polecam rzucić okiem. Publikacja dotyczyła właśnie tego nowego konceptu origami DNA: czyli struktur stworzonych ze sztucznie wyprodukowanego DNA, które dzięki strategicznie rozmieszczonym uzupełniającym się fragmentom nici zgina się w przewidziany wcześniej sposób, formując z góry zaprojektowane kształty.
Pierwsza praca o DNA origami światło dziennie ujrzała w 2006 roku i opisywała tylko struktury dwuwymiarowe. Praca z 2009 roku – ta, o której wówczas pisałem – opisywała stworzenie z DNA pudełka, które zawierało pokrywkę zamykaną na nukleokwasowy zamek! Na podsumowanie tamtego wpisu napisałem:
I kto wie, może za 10-20 lat w naszych organizmach będą krążyć ścigające zarazki nanoboty…
Bardzo miłym zaskoczeniem jest dla mnie to, że rzeczywistość marzenia wyprzedziła z naddatkiem. Wczoraj w magazynie Science ukazała się praca grupy George’s Churcha, która opisuje zastosowanie origami DNA do stworzenia nanobotów: cząsteczek DNA działających jak kontenety transportujące do wnętrza komórek obce substancje, np. leki, a następnie uwalniające te związki w kontrolowany sposób.
Wiele aspektów tej pracy jest arcyistotnych. Po pierwsze już to, że jako nośnika stosuje się strukturę zbudowaną z DNA, a w więc z substancji naturalnie występującej w naszym organizmie, do metabolizowania której nasze komórki są całkiem przyzwoicie wyekwipowane. Innymi słowy: nanobot wpada do komórki, robi swoje, a po zakończeniu procesu komórka jest w stanie się go pozbyć, nie zostają więc wewnątrz niej żadne molekularne śmieci.
Po drugie w związku z tym, że nie jest to ciało kompletnie obce, komórki znacznie przyjaźniejszym okiem będą na nanoboty spoglądać, a i ich obecność we wnętrzu komórki będzie mniej stresująca. Bo nie jest tak, że nie potrafimy w ogóle do komórki dostarczać leków w wyszukany sposób. Ale te sposoby są albo mało efektywne, jak na przykład wykorzystywania liposomów, o którym może kiedyś więcej, albo nie są specjalnie przyjazne, jak na przykład bombardowanie komórek miniperełkami złota obleczone związkiem, który chcemy do komórki dostarczyć, co na dużą skalę jest odpowiednikiem podawania pacjentowi leku przez strzelanie do niego kulami obleczonymi tym medykamentem.
Po trzecie niezwykle istotnym punktem jest ostatnia fraza poprzedniego akapitu: fakt, że związki mogą być z nanobotów uwalniane w sposób kontrolowany, co jest sporą nowością w dziedzinie dostarczania związków do komórek i pozwala na wybór, do jakich komórek chcemy ładunek nanobotu przesłać. Czyli innymi słowy: nanobot do organizmu wpada, znajduje komórki patologiczne – na długą metę głównym celem będą niewątpliwie komórki nowotworowe – uwalnia w ich wnętrzu leki, eliminując chorobę u jej źródła.
W szczegóły wykonania nanobotów wdawał się nie będę, oddam za to głos autorom pracy, którzy znakomicie wyjaśniają, jak to wszystko działa i z czym to się je (chociaż nanoboty nazywają nanorobotami – ja jednak wolę oryginalną nazwę z poprzednich prac o origami DNA):
[vimeo http://vimeo.com/36880067]
Dość na koniec powiedzieć, że badacze przetestowali dość dokładnie działanie nanobotów. Zaprojektowali kilka ich wersji z różnymi zamkami, otwieranymi przez białka występujące tylko w pewnych określonych typach komórek. Wewnątrz nanobotów zaś znajdowały się cząsteczki wpływające na metabolizm tych komórek. Następnie wymieszali nanoboty z hodowlami zawierającymi różne typy komórek i sprawdzili, czy rzeczywiście nanoboty specyficznie reagują tylko z wybranymi komórkami (reagowały), uwalniając do ich wnętrza cargo nanobotów (uwalniały) i wpływając na to, co się potem z komórkami dzieje (wpływały). Potencjalnie zatem niewiele stoi na przeszkodzie, aby w bardzo krótkim czasie zacząć stosować nanoboty w celach terapeutycznych, choć niewątpliwie początkowo przynajmniej będą to terapie bardzo drogie.
Cena swoją drogą, a wizjonerski charakter badań swoją. Bo praca jest olbrzymim krokiem w stronę medycyny zindywidualizowanej (straszne słowo) oraz medycyny docelowo leczącej przyczyny, nie zaś objawy chorób. Jak już wspomniałem, może to być wielki postęp w leczeniu nowotworów. No i wreszcie ucieleśniona zostaje wizja leczących nas nanorobotów – chociaż niezupełni może w takiej formie, w jakiej większość z nas sobie to wyobrażała.
Douglas, S., Bachelet, I., & Church, G. (2012). A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular Payloads Science, 335 (6070), 831-834 DOI: 10.1126/science.1214081
P.S. Praca jest znakomicie ilustrowana, ale niestety ze względów licencyjnych nie mogę tu prezentować wyników. Jednak jeśli ktokolwiek z Czytaczek i Czytaczy miałby ochotę rzucić na nią okiem – a naprawdę polecam, chociaż treść jest momentami nieco techniczna, grafiki nie są i bardzo pomagają zrozumieć istotę eksperymentów – proszę dać znać przez Kontakt, to podrzucę pdfa.
nic prostszego 
Kluczem do otworzenia zamków w nanotragarzach są jakieś specyficzne związki na powierzchni komórki.. czyli nanotragarz zrzuca swój towar na zewnątrz komórki a nie wewnątrz, tak?:3
PolubieniePolubienie
Tak, rzeczywiście w opisywanym przypadku związki transportowane przez nanoboty były uwalniane na zewnątrz komórki. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby kluczem były związki znajdujące się we wnętrzu komórki. Wówczas co prawda pojawią się inne problemy (np. kwestia transportu transbłonowego nanobotów), ale to już jest kolejne stadium rozwoju tej technologii.
PolubieniePolubienie