Замаскированные ДНК-нанороботы остаются незамеченными иммунной системой

Вирус (слева) покрыт маскирующей липидной оболочкой. Наноустройство (справа) напоминает вирус и избегает иммунного ответа организма.


Ученые из Института бионики Висса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардского университета воспроизвели тактику вируса и построили первое наноустройство, способное действовать в человеческом организме, оставаясь незамеченным иммунитетом. Результаты прокладывают путь для создания «умных» ДНК-нанороботов, которые могли бы использоваться для диагностики рака на ранней стадии, более точной, чем существующая сегодня; для доставки в нужное место противоопухолевых препаратов, или даже для производства лекарств на месте, сообщили исследователи сегодня на сайте ACS Nano.


«Мы, подражая вирусам, в конечном итоге построили терапевтическую машину, работающую с конкретной клеткой-мишенью», — говорит руководитель исследования Уильям Ши. Ши, кроме работы в Институте бионики Висса, является доцентом кафедры биологической химии и молекулярной фармакологии медицинской школы Гарварда и доцентом кафедры биологии рака в Dana-Farber Cancer Institute.

Та же стратегия маскировки могла бы использоваться для создания искусственных микроскопических контейнеров, «протоклеток», которые могли бы действовать как биосенсоры для обнаружения патогенов в пище или токсических химических веществ в питьевой воде.

ДНК, как известно, является носителем генетической информации, но Ши и другие биоинженеры используют ее в качестве строительного материала. Для этого они используют метод ДНК-оригами, который Ши смог развить от 2D к 3D. Метод заключается в том, что ученые берут длинную нить ДНК и складывают ее, создавая нужную форму, подобно тому, как складывают лист бумаги в традиционном японском искусстве.Уильям Ши

Команда Ши собирает эти формы, чтобы построить наноразмерные ДНК-устройства, которые один прекрасный день станут такими же сложными, как молекулярные машины, работающие в клетках. Ученые разрабатывают методики для построения из ДНК крошечных роботов, которые реагируют на изменения в среде, выполняя полезные задачи, такие как проведение химической реакции или применения механической силы.

ДНК-нанороботы могут восприниматься как научная фантастика, но они уже существуют. В 2012 исследователи Института бионики Висса сообщили о создании наноробота, который использует логику, чтобы обнаружить клетки-мишени, затем выявляет антитела, которые активизирует «кнопку самоуничтожения» в пораженных лейкемией или лимфомой клетках.

Для ДНК-наноустройства, предназначенного для диагностики или лечения болезней, важно находится в организме достаточно долго, чтобы сделать свою работу. Но команда Ши обнаружила, что ДНК-наноустройства, введенные в кровь мышей, легко разрушаются иммунной системой. Решение проблемы подсказала природа. Ученые разработали наноустройство, имитирующее вирус, который защищает свой геном, заключив его в кокон из белка, идентичного тому, который покрывает живые клетки. Это покрытие содержит двойной слой фосфолипидов, что помогает уклониться от действий иммунной системы.


Для того, чтобы покрыть ДНК-наноустройство фосфолипидами, Стив Перро, кандидат технических наук, сначала сложил ДНК в октаэдр. Затем он воспользовался возможностями нанотехнологии, чтобы повесить липиды, которые в свою очередь собрали бислой мембран, окружающих октаэдр. Размер полученного устройства сопоставим с размером вируса.

Далее Перро доказал, что новое наноустройство выжило в организме. Он сделал это, пометив их флуоресцентным красителем, так стало возможным проследить, в какой части тела находятся наноустройства. У мышей, которым ввели наноустройства без покрытия, свечение концентрировалось в мочевом пузыре, что свидетельствует о том, что они были разбиты иммунной системой и выведены из организма. Но у животных, получивших устройства с покрытием, свечение маркеров было равномерно распределено по всему телу на протяжении долгого времени. Это доказывает, что ДНК-наноробот может находится в теле так долго, как это необходимо для эффективного лечения.

В будущем замаскированные нанороботы смогут активировать иммунную систему на борьбу с раком или подавлять иммунную систему, чтобы помочь прижиться трансплантированной ткани.

«Активация иммунного ответа может быть полезна клинически или напротив, ее следует избегать, — говорит Перро. — Основным моментом является то, что теперь мы можем это контролировать».

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND