Nanorobot z Uniwersytetu w Bazylei – składany na żądanie z „molekularnego rzepa” DNA, w testach zniszczył 84% komórek rakowych

Wyobraź sobie robota tak małego, że może pływać w twoim krwiobiegu, samodzielnie złożyć się na komendę, na miejscu wyprodukować lek, a potem zostać odzyskanym, zatankowanym i użytym ponownie. To już nie fantastyka naukowa. Zespół z Uniwersytetu w Bazylei zbudował właśnie taki modułowy, wielokrotnego użytku nanorobot, który łączy się za pomocą opartego na DNA „molekularnego rzepa” i w testach laboratoryjnych skutecznie zabijał komórki nowotworowe [8, 9].

Pod kierownictwem prof. dr Cornelii Palivan naukowcy zaprojektowali nanorobota, który przypomina miniaturową rakietę księżycową. Składa się z dwóch niezależnych modułów – magnetycznej jednostki napędowej i kapsuły ładunkowej – które samodzielnie łączą się, gdy komplementarne nici DNA na każdym z modułów wiążą się ze sobą . To „rzep” DNA jest programowalny, co pozwala na łączenie, rozdzielanie i ponowne łączenie modułów na żądanie .

Jak działa nanorobot

Architektura systemu jest celowo prosta i wysoce elastyczna:

• Modułowa konstrukcja: Dwa odrębne, konfigurowalne moduły – magnetyczny napęd i kapsuła ładunkowa .
• „Molekularny rzep” DNA: Każdy moduł przenosi komplementarne nici DNA. Kiedy się spotkają, nici wiążą się, zatrzaskując moduły razem w funkcjonalnego nanorobota. To samo połączenie można rozpiąć, umożliwiając odzyskanie modułów .
• Napęd magnetyczny: Moduł napędowy jest magnetyczny, co pozwala na zewnętrzne sterowanie – pole magnetyczne prowadzi robota do celu (np. guza), a później umożliwia jego odzyskanie .
• Kapsuła ładunkowa: Kapsuła mieści cztery nanoskalowe pęcherzyki polimerowe, każdy wypełniony enzymami. Substraty wchodzą przez maleńkie pory, enzymy przekształcają je w aktywne produkty, a te są uwalniane lokalnie. Pęcherzyki można również selektywnie otwierać, by uwolnić bioaktywne związki .
• Zdolność dokowania: Dodatkowe biocząsteczki na kapsule ładunkowej pozwalają nanorobotowi przyczepić się do konkretnych powierzchni komórkowych lub materiałów .

Wyniki testów na komórkach HeLa

Zespół przetestował nanorobota na komórkach nowotworowych HeLa, powszechnie używanej linii komórkowej w badaniach nad rakiem:

• Nanoroboty gromadziły się na powierzchni komórek HeLa, co potwierdzono znakowaniem fluorescencyjnym .
• Wyposażone w enzymy produkujące lek przeciwnowotworowy, nanoroboty zredukowały żywotność komórek HeLa do 16% w ciągu 72 godzin – oznacza to, że 84% komórek rakowych zostało zabitych .
• Skuteczność wynika ze skoncentrowanej, lokalnej produkcji leku bezpośrednio na powierzchni komórki, a nie z podawania ogólnoustrojowego .

Szersze zastosowania i kolejne kroki

Modułowa konstrukcja oznacza, że platforma nie ogranicza się do terapii nowotworów. Wymieniając kapsułę ładunkową, tego samego nanorobota można wykorzystać do zupełnie innych zadań:

• Medycyna celowana: Dostarczanie leków bezpośrednio do guzów lub chorych tkanek, przy czym moduł magnetyczny umożliwia odzyskanie i ponowne użycie .
• Kataliza przemysłowa: Napełnienie kapsuły innymi enzymami w celu przeprowadzania reakcji katalitycznych na żądanie .
• Ochrona środowiska: Potencjalne zastosowania obejmują oczyszczanie wody i rozkład zanieczyszczeń .
• Możliwość ponownego użycia: Moduły można rozdzielić, kapsułę ładunkową napełnić ponownie, a moduły połączyć – wszystko to przy odzyskaniu i ponownym użyciu magnetycznej jednostki napędowej .
• Zastosowanie u ludzi: Zastosowanie u ludzi pozostaje długoterminowym celem, ale platforma jest zaprojektowana tak, aby można ją było łatwo dostosować, po prostu modyfikując kapsułę ładunkową .

Badania opublikowano w czasopiśmie Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Prace prowadzono w ramach Narodowego Centrum Kompetencji w Badaniach – Inżynieria Systemów Molekularnych oraz Szwajcarskiego Instytutu Nanonauki, we współpracy z Uniwersytetem w Heidelbergu [8, 12].