Наноробот, який самозбирається та знищує рак: прорив Базельського університету

Уявіть робота, настільки малого, що він може плавати у вашому кровотоці, самостійно збиратися за командою, виготовляти ліки на місці, а потім бути повернутим, «заправленим» та використаним знову. Це більше не наукова фантастика. Команда з Базельського університету створила саме такого — модульного, багаторазового наноробота, який зчіплюється за допомогою «молекулярної липучки» на основі ДНК і вже довів здатність знищувати ракові клітини в лабораторії [8, 9].

Під керівництвом професорки д-ра Корнелії Паліван дослідники розробили наноробота, який нагадує мініатюрну місячну ракету. Він складається з двох незалежних модулів — магнітного рушія та капсули з вантажем — які автономно з'єднуються, коли комплементарні нитки ДНК на кожному модулі зв'язуються одна з одною . Ця ДНК-«липучка» є програмованою, що дозволяє з'єднувати, розділяти та повторно з'єднувати модулі за потреби .

Як працює наноробот

Архітектура системи навмисно проста та надзвичайно адаптивна:

• Модульна конструкція: Два окремі, переналаштовувані модулі — магнітний рушій та капсула з вантажем .
• «Молекулярна липучка» на основі ДНК: Кожен модуль несе комплементарні нитки ДНК. При зустрічі нитки зв'язуються, з'єднуючи модулі у функціонального наноробота. Цей зв'язок можна розірвати, що дозволяє відновлювати модулі .
• Магнітний рушій: Модуль рушія є магнітним, що забезпечує зовнішнє керування. Магнітне поле може спрямувати робота до цілі, наприклад, пухлини, а потім повернути його для повторного використання .
• Капсула з вантажем: Капсула вміщує чотири нанорозмірні полімерні везикули, кожна з яких завантажена ферментами. Субстрати потрапляють всередину через крихітні пори, ферменти перетворюють їх на активні продукти, які вивільняються локально. Везикули також можна вибірково відкривати для вивільнення біоактивних сполук .
• Здатність до стикування: Додаткові біомолекули на капсулі з вантажем дозволяють нанороботу прикріплюватися до специфічних поверхонь клітин або матеріалів .

Результати тестів на клітинах HeLa

Команда випробувала наноробота на ракових клітинах HeLa, широко використовуваній лінії людських клітин у дослідженні раку:

• Нанороботи накопичувалися на поверхні клітин HeLa, що було підтверджено флуоресцентним маркуванням .
• Оснащені ферментами, які виробляють протираковий препарат, нанороботи знизили життєздатність клітин HeLa до 16% протягом 72 годин — тобто 84% ракових клітин було знищено .
• Ефективність досягається завдяки концентрованому локальному виробленню ліків безпосередньо на поверхні клітини, а не системному введенню .

Ширші застосування та наступні кроки

Модульна конструкція означає, що платформа не обмежується лише терапією раку. Замінивши капсулу з вантажем, того самого наноробота можна перепрофілювати для зовсім інших ролей:

• Цільова медицина: Доставка терапевтичних агентів безпосередньо до пухлин або хворих тканин, причому магнітний модуль дозволяє повернути та повторно використати робота .
• Промисловий каталіз: Заповнення капсули іншими ферментами для каталітичних реакцій на замовлення у виробництві .
• Екологічне відновлення: Потенційне використання для очищення води та розкладання забруднювачів .
• Багаторазовість: Модулі можна роз'єднати, капсулу з вантажем перезаповнити, а модулі знову з'єднати — при цьому магнітний рушій відновлюється та використовується повторно .
• Застосування для людини: Використання на людях залишається довгостроковою метою, але платформа розроблена таким чином, щоб її можна було легко адаптувати, просто змінивши капсулу з вантажем .

Дослідження опубліковано в журналі Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Робота виконана в рамках Національного центру компетенції в галузі досліджень — Молекулярної системної інженерії та Швейцарського інституту нанонаук, у співпраці з Гейдельберзьким університетом [8, 12].