Наноробот на ДНК-«липучке»: самособирается, производит лекарство на месте и убивает раковые клетки

Представьте себе робота настолько крошечного, что он может плавать по вашему кровотоку, самостоятельно собираться по команде, производить лекарство прямо на месте, а затем его можно извлечь, «заправить» и использовать снова. Это больше не научная фантастика. Команда из Базельского университета (Швейцария) создала именно такой — модульный, многоразовый наноробот, который соединяется с помощью ДНК-«липучки» и уже продемонстрировал способность убивать раковые клетки в лаборатории [8, 9].

Под руководством профессора Корнелии Паливан исследователи сконструировали наноробота, напоминающего миниатюрную лунную ракету. Он состоит из двух независимых модулей — магнитного двигателя и капсулы с полезной нагрузкой — которые автономно собираются, когда комплементарные цепи ДНК на каждом модуле связываются друг с другом . Эта ДНК-«липучка» программируема: модули можно соединять, разъединять и снова соединять по требованию .

Как работает наноробот

Архитектура системы намеренно проста и легко адаптируема:

• Модульная конструкция: два отдельных модуля — магнитный движитель и капсула полезной нагрузки .
• ДНК-«липучка»: на каждом модуле — комплементарные цепи ДНК. При встрече они связываются, соединяя модули в работающего наноробота. Эту же связь можно разрушить, чтобы извлечь модули .
• Магнитное управление: модуль движения содержит магнитные частицы, позволяя направлять робота внешним магнитным полем — например, к опухоли, — а затем возвращать для повторного использования .
• Капсула полезной нагрузки: внутри — четыре наноразмерных полимерных везикулы, каждая загружена ферментами. Субстраты проникают через крошечные поры, ферменты превращают их в активные вещества, которые выделяются локально. Везикулы также можно избирательно открывать, высвобождая биоактивные соединения .
• Докинг: дополнительные биомолекулы на поверхности капсулы позволяют нанороботу прикрепляться к определенным клеткам или материалам .

Результаты тестов на клетках HeLa

Наноробота испытали на клетках HeLa — широко используемой линии раковых клеток человека:

• Нанороботы накапливались на поверхности клеток HeLa, что подтвердили с помощью флуоресцентных меток .
• Когда нанороботы были снабжены ферментами, производящими противораковый препарат, жизнеспособность клеток HeLa снизилась до 16 % за 72 часа — то есть 84 % раковых клеток были уничтожены .
• Эффективность достигается за счет концентрированного локального производства лекарства прямо на поверхности клетки, а не системного введения .

Другие применения и следующие шаги

Модульная конструкция означает, что платформа не ограничивается терапией рака. Меняя капсулу полезной нагрузки, того же наноробота можно приспособить для совершенно других задач:

• Адресная медицина: доставка терапевтических агентов непосредственно к опухолям или больным тканям; магнитный модуль позволяет извлечь робота для повторного использования .
• Промышленный катализ: заправьте капсулу другими ферментами — и наноробот готов выполнять каталитические реакции по требованию в производстве .
• Экология: потенциальное применение — очистка воды и разложение загрязнителей .
• Многоразовость: модули можно разъединить, перезарядить капсулу и снова собрать — при этом магнитный двигатель извлекается и используется многократно .
• Применение у людей: остается долгосрочной целью, но платформа спроектирована так, что её легко адаптировать, просто изменив капсулу полезной нагрузки .

Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Работа выполнена в рамках Национального центра компетенции в области молекулярной инженерии систем и Швейцарского института нанонаук в сотрудничестве с Гейдельбергским университетом [8, 12].