Universitetet i Basel bygger återanvändbar nanorobot med DNA-”kardborre” – dödade 84 % av cancerceller i labbtest

Föreställ dig en robot så liten att den kan simma genom ditt blodomlopp, montera sig själv på kommando, tillverka ett läkemedel på plats och sedan återvinnas, fyllas på och användas igen. Det är inte längre science fiction. Ett team vid Universitetet i Basel har byggt precis en sådan – en modulär, återanvändbar nanorobot som klickas ihop med hjälp av DNA-baserad ”molekylär kardborre” och som redan har visat förmåga att döda cancerceller i labbet [8, 9].

Under ledning av professor Dr. Cornelia Palivan har forskarna designat en nanorobot som påminner om en miniatyrmånraket. Den består av två oberoende moduler – en magnetisk framdrivningsenhet och en lastkapsel – som självständigt monteras när komplementära DNA-strängar på varje modul binder till varandra . DNA-”kardborren” är programmerbar, vilket gör att modulerna kan paras ihop, separeras och återförenas efter behov .

Så fungerar nanoroboten

Systemets arkitektur är medvetet enkel och mycket anpassningsbar:

• Modulär design: Två distinkta, omkonfigurerbara moduler – en magnetisk framdrivningsenhet och en lastkapsel .
• DNA-baserad ”molekylär kardborre”: Varje modul bär komplementära DNA-strängar. När de möts binds strängarna, vilket snäpper ihop modulerna till en funktionell nanorobot. Samma bindning kan lösas upp, vilket möjliggör återvinning av modulerna .
• Magnetisk framdrivning: Framdrivningsmodulen är magnetisk, vilket möjliggör extern styrning. Ett magnetfält kan leda roboten till ett mål – till exempel en tumör – och senare återhämta den för återanvändning .
• Lastkapsel: Kapseln rymmer fyra nanoskala polymervesiklar, var och en laddad med enzymer. Substrat kommer in genom små porer, enzymer omvandlar dem till aktiva produkter, och dessa produkter frisätts lokalt. Vesiklarna kan också öppnas selektivt för att frigöra bioaktiva föreningar .
• Dockningsförmåga: Ytterligare biomolekyler på lastkapseln gör att nanoroboten kan fästa på specifika cellytor eller material .

Testresultat på HeLa-celler

Teamet testade nanoroboten mot HeLa-cancerceller, en allmänt använd human cellinje inom cancerforskning:

• Nanorobotarna ackumulerades på ytan av HeLa-celler, bekräftat med fluorescerande märkning .
• När de utrustades med enzymer som producerar ett cancerläkemedel, minskade nanorobotarna HeLa-cellernas livskraft till 16 procent inom 72 timmar – vilket innebär att 84 procent av cancercellerna dödades .
• Effektiviteten kommer från koncentrerad lokal läkemedelsproduktion, direkt vid cellytan, snarare än systemisk administrering .

Bredare tillämpningar och nästa steg

Den modulära designen innebär att plattformen inte är begränsad till cancerterapi. Genom att byta lastkapsel kan samma nanorobot omprogrammeras för helt andra roller:

• Riktad medicin: Leverera terapeutiska medel direkt till tumörer eller sjuk vävnad, där den magnetiska modulen möjliggör återvinning och återanvändning .
• Industriell katalys: Fyll lastkapseln med olika enzymer för reaktioner vid tillverkning .
• Miljösanering: Potentiella användningsområden inkluderar vattenrening och nedbrytning av föroreningar .
• Återanvändbarhet: Modulerna kan separeras, lastkapseln fyllas på och modulerna återförenas – allt medan den magnetiska framdrivningsenheten återvinns och återanvänds .
• Användning hos människor: Tillämpning hos människor är fortfarande ett långsiktigt mål, men plattformen är utformad för att enkelt kunna anpassas genom att modifiera lastkapseln .

Forskningen publicerades i Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Den utfördes inom National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering och Swiss Nanoscience Institute, i samarbete med Heidelbergs universitet [8, 12].