Nanobot z Basileje se sám sestaví pomocí DNA „suchého zipu“ a v laboratoři zabil 84 % rakovinných buněk

Představte si robota tak malého, že dokáže plavat krevním řečištěm, na povel se sám sestavit, vyrobit lék přímo na místě a pak být vyzvednut, doplněn palivem a znovu použit. To už není sci-fi. Týmu z Univerzity v Basileji se podařilo přesně to – postavit modulárního, znovupoužitelného nanorobota, který se spojuje pomocí DNA „molekulárního suchého zipu“ a v laboratoři už prokázal schopnost ničit rakovinné buňky .

Pod vedením profesorky Dr. Cornelie Palivanové vědci navrhli nanorobota, který připomíná miniaturní měsíční raketu. Skládá se ze dvou nezávislých modulů – magnetické pohonné jednotky a nákladové kapsle – které se po setkání autonomně spojí díky tomu, že na každém modulu jsou komplementární vlákna DNA . Tento DNA „suchý zip“ je programovatelný, takže moduly lze na povel spojovat, oddělovat a znovu spojovat .

Jak nanorobot funguje

Architektura systému je záměrně jednoduchá a vysoce přizpůsobivá:

• Modulární design: Dva odlišné, překonfigurovatelné moduly – magnetická pohonná jednotka a nákladová kapsle .
• DNA „molekulární suchý zip“: Každý modul nese komplementární řetězce DNA. Když se setkají, řetězce se spojí a moduly do sebe zapadnou a vytvoří funkčního nanorobota. Stejné spojení lze zrušit a moduly získat zpět .
• Magnetický pohon: Pohonný modul je magnetický, což umožňuje vnější navigaci. Magnetické pole může robota navést k cíli – například k nádoru – a později jej pro opětovné použití stáhnout zpět .
• Nákladová kapsle: Kapsle obsahuje čtyři nanoskopické polymerové váčky s enzymy. Substráty vstupují drobnými póry, enzymy je přeměňují na aktivní produkty a ty se uvolňují lokálně. Váčky lze také selektivně otevřít a uvolnit bioaktivní látky .
• Schopnost ukotvení: Další biomolekuly na nákladové kapsli umožňují nanorobotovi přichytit se na povrch konkrétních buněk nebo materiálů .

Testy na buňkách HeLa

Tým nanorobota otestoval na rakovinných buňkách HeLa, což je široce používaná lidská buněčná linie ve výzkumu rakoviny:

• Nanoroboti se hromadili na povrchu buněk HeLa, což bylo potvrzeno fluorescenčním značením .
• Když byli vybaveni enzymy produkujícími protinádorové léčivo, snížili nanoroboti životaschopnost buněk HeLa na 16 % během 72 hodin – tedy 84 % rakovinných buněk bylo usmrceno .
• Účinnost je dána koncentrovanou lokální produkcí léčiva přímo na povrchu buněk, nikoliv systémovým podáním .

Širší aplikace a další kroky

Modulární design znamená, že platforma není omezena pouze na léčbu rakoviny. Výměnou nákladové kapsle lze stejného nanorobota přizpůsobit zcela jiným úlohám:

• Cílená medicína: Doprava terapeutických látek přímo k nádorům nebo nemocné tkáni, přičemž magnetický modul umožňuje vyzvednutí a opětovné použití .
• Průmyslová katalýza: Naplnění kapsle různými enzymy pro katalytické reakce na vyžádání ve výrobě .
• Čištění životního prostředí: Potenciální využití při čištění vody a rozkladu škodlivin .
• Znovupoužitelnost: Moduly lze oddělit, nákladovou kapsli znovu naplnit a moduly znovu spojit – přičemž magnetickou pohonnou jednotku lze získat a znovu použít .
• Použití u lidí: Aplikace u lidí zůstává dlouhodobým cílem, ale platforma je navržena tak, aby ji bylo možné snadno přizpůsobit pouhou úpravou nákladové kapsle .

Výzkum byl publikován v časopise Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Probíhal v rámci Národního centra kompetence ve výzkumu – Molekulární systémové inženýrství a Švýcarského nanovědeckého institutu, ve spolupráci s Univerzitou Heidelberg .