DNA「マジックテープ」で自己集合、がん細胞84％を死滅させる再利用可能ナノロボットをスイス研究チームが開発

血管の中を泳ぎ回り、指令を受けて自己集合し、その場で薬剤を製造し、さらには回収・再充填して再利用できるロボット——これはもはやSFの世界の話ではない。スイス・バーゼル大学のチームが、まさにそのような、DNAベースの「分子マジックテープ」を使ってカチッと結合するモジュール式・再利用可能なナノロボットを開発し、ラボ実験でがん細胞を殺傷できることを実証した。

コルネリア・パリヴァン教授率いる研究チームが設計したこのナノロボットは、ミニチュアの月面探査機のような形状をしている。磁気推進ユニットとペイロードカプセルという2つの独立したモジュールから構成され、各モジュールに相補的なDNA鎖が取り付けられており、これらが結合することで自律的に組み立てられる。このDNA「マジックテープ」はプログラマブルで、モジュールの結合、分離、再結合を必要な時に自由に行うことができる。

ナノロボットの仕組み

このシステムのアーキテクチャは意図的にシンプルかつ高度に適応可能に設計されている：

• モジュール式設計： 2つの異なる再構成可能なモジュール——磁気推進ユニットとペイロードカプセル。
• DNAベースの「分子マジックテープ」： 各モジュールには相補的なDNA鎖が搭載されている。これらが出会うと鎖が結合し、モジュールが一体化して機能的なナノロボットに組み上がる。この結合は解除可能で、モジュールの回収を可能にする。
• 磁気推進： 推進モジュールは磁気性を帯びており、外部から磁場を使って誘導できる。磁場によってロボットを腫瘍などの標的に誘導し、その後回収して再利用することも可能。
• ペイロードカプセル： カプセル内部には4つのナノスケールの高分子小胞（ベシクル）が格納されており、それぞれに酵素が搭載されている。基質が微細な孔を通って内部に入り、酵素が活性製品に変換し、それが局所的に放出される。ベシクルを選択的に開けて生理活性化合物を放出することも可能。
• ドッキング機能： ペイロードカプセル上の追加の生体分子により、ナノロボットは特定の細胞表面や物質に結合することができる。

HeLa細胞を用いた実験結果

研究チームはこのナノロボットを、がん研究で広く使われるヒト細胞株であるHeLaがん細胞を使ってテストした：

• 蛍光標識により、ナノロボットがHeLa細胞の表面に蓄積したことが確認された。
• 抗がん剤を生産する酵素を搭載した場合、ナノロボットは72時間以内にHeLa細胞の生存率を16% にまで低下させた——つまり、がん細胞の84%が死滅したことになる。
• この効果は、全身投与ではなく、細胞表面で直接的に高濃度の薬剤を局所生産することによる。

幅広い応用と今後の展開

モジュール式設計のおかげで、このプラットフォームはがん治療に限定されない。ペイロードカプセルを交換するだけで、全く異なる役割に転用できる：

• 標的医療： 治療薬を腫瘍や病変組織に直接送達。磁気モジュールにより回収と再利用が可能。
• 工業触媒： カプセルに異なる酵素を再充填し、製造工程でオンデマンドの触媒反応を実施。
• 環境修復： 水質浄化や汚染物質の分解などへの応用が期待される。
• 再利用性： モジュールは分離可能で、ペイロードカプセルの再充填、モジュールの再結合が可能。磁気推進ユニットは回収・再利用される。
• ヒトへの応用： ヒトへの応用は長期的な目標だが、このプラットフォームはペイロードカプセルを変更するだけで様々な分野に容易に適応できるように設計されている。

この研究成果は、『Advanced Functional Materials』（DOI: 10.1002/adfm.202600079）に掲載された。研究は、分子システム工学に関する国立研究能力センター（NCCR）およびスイスナノサイエンス研究所の枠組みの中で、ハイデルベルク大学との協力のもと実施された。