في دراسة حديثة ، طور الباحثون لأول مرة نظامًا نانويًا مستقلاً تمامًا لاستهداف السرطان على وجه التحديد
في تقدم كبير في الطب النانوي ، وهو المجال الذي يجمع بين تقنية النانو والطب ، طور الباحثون طرقًا جديدة للعلاج العلاجي باستخدام جزيئات نانوية صغيرة جدًا بحجم الجزيء (آلة أو روبوتات قريبة من المقياس المجهري نانومتر 10-9 م) استهداف سرطان، في هذه الدراسة الرائعة المنشورة في طبيعة التكنولوجيا الحيوية.
nanobot اوريغامي DNA: الناقل السحري
الحمض النووي الأوريجامي هو عملية يتم فيها طي الحمض النووي على مستوى النانو ويستخدم لبناء هياكل نشطة على أصغر المقاييس (أوريغامي كما هو الحال في فن طي الورق). يعد الحمض النووي مخزنًا رائعًا للمعلومات، وبالتالي يمكن استخدام الهياكل المبنية منه كحاملات للمعلومات. وتماشيًا مع هذه القدرة، يمكن لجسيمات الحمض النووي النانوية (أو "روبوتات الحمض النووي النانوية" أو "روبوتات النانو" أو ببساطة "روبوتات النانو") نقل ورفع البضائع على أصغر المقاييس لمهام محددة في جسم الإنسان، وبالتالي فهي مناسبة للكثيرين. نانوروبوتيك التطبيقات. حجم هذا الروبوت النانوي أصغر 1000 مرة من خصلة واحدة من شعر الإنسان. لقد كان هذا المجال من الروبوتات النانوية مليئًا بالإثارة على مدار العقدين الماضيين، وقد ركز العديد من الخبراء على تطوير مثل هذه الهياكل النانوية القائمة على الحمض النووي والتي يمكن أن تطوي نفسها في جميع أنواع الأشكال والأحجام لإحداث ثورة في الطب وخاصة العلاج وتوصيل الأدوية.
يتم الآن استخدام تقنية Nanorobot على نطاق واسع وقد أحدثت بالفعل ثورة في مجالات مثل التصوير الطبي والأجهزة وأجهزة الاستشعار وأنظمة الطاقة والطب أيضًا. في الطب ، تتمتع الروبوتات النانوية بمزايا كبيرة بشكل رئيسي لأنها لا تولد أي أنشطة ضارة ، وليس لها أي آثار جانبية محتملة وهي محددة جدًا في أي موقع من الجسم سيستهدفون ويعملون عليه. قد تكون التكلفة الأولية لتطوير الروبوتات النانوية مرتفعة ولكن التصنيع عند إجرائه بالطريقة التقليدية لمعالجة الدُفعات يقلل التكلفة إلى حد كبير ، علاوة على ذلك فإن الحجم الصغير للروبوتات النانوية يجعلها مثالية لاستهداف البكتيريا والفيروسات. أيضًا ، يمكن حقن روبوت نانوي صغير جدًا بسهولة في الجسم ويسهل أن يطفو عبر الدم (الجهاز الدوري) ويساعد في اكتشاف المشاكل وعلاجها. اكتسبت Nanobots أهمية كبيرة في أبحاث السرطان لأنها يمكن أن تكون بديلاً غير مؤلم من العلاج الكيميائي الذي يكون مرهقًا جدًا ويضع عبئًا شخصيًا وماليًا كبيرًا على المريض. العلاج الكيميائي ليس فقط طريقة قاسية لعلاج السرطان ، ولكن بصرف النظر عن مهاجمة الخلايا السرطانية ، فإن الإجراء يترك العديد من الآثار الجانبية في جميع أنحاء الجسم. ومع ذلك ، لم يتمكن العلم من اكتشاف أي بديل جديد للعلاج الكيميائي لعلاج هذا المرض الذي يهدد الحياة ويسمى السرطان. تمتلك Nanobots القدرة على تغيير هذا السيناريو في السنوات القادمة من خلال كونها بديلاً أكثر كفاءة وذكاءً واستهدافًا لمهاجمة السرطان.
استهداف السرطان
في هذه الدراسة الحديثة ، تم التعاون بين جامعة ولاية أريزونا بالولايات المتحدة الأمريكية والمركز الوطني ل نانو العلوم والتكنولوجيا في الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، نجح الباحثون في تصميم وبناء والتحكم الدقيق في الروبوتات النانوية الآلية للبحث بنشاط عن الأورام السرطانية داخل الجسم وتدميرها بدقة - مع عدم الإضرار بأي من الخلايا السليمة. لقد تغلبوا على العديد من التحديات التي عانى منها علماء النانو لأكثر من عقدين من الزمن ، من خلال تصميم واستخدام إستراتيجية بسيطة للغاية ومباشرة للبحث عن الورم وتدميره. كانت الإستراتيجية تقضي على وجه التحديد بقطع إمداد الدم في الخلية السرطانية عن طريق تحفيز تخثر الدم في الخلية السرطانية باستخدام روبوتات نانوية قائمة على الحمض النووي. لذلك ، فكروا في شيء يبدو بسيطًا - إرفاق إنزيم رئيسي لتخثر الدم (يسمى الثرومبين) بسطح النانوبوت النانوي للحمض النووي النانوي المسطح. تم ربط أربعة جزيئات في المتوسط من الثرومبين بالسطح المستوي لـ الحمض النووي ورقة اوريغامي بحجم 90 نانومتر 60 نانومتر. تم طي هذه الورقة المسطحة مثل ورقة من الورق مما يجعل قالب الروبوتات النانوية على شكل أنبوب مجوف. تم حقن هذه الروبوتات النانوية في فأر (تم تحريضه مع نمو الورم العدواني) ، وانتقلت في جميع أنحاء مجرى الدم لتصل إلى هدفها وربطها بهدفها - الأورام. لتخثر الدم داخل الأوعية التي تغذي نمو الورم ، مما يؤدي إلى تدمير أنسجة الورم أو موت الخلايا. من المثير للاهتمام أن هذه العملية برمتها تحدث بسرعة كبيرة وتحيط الروبوتات النانوية بالورم في غضون ساعات من الحقن. لوحظ وجود دليل على تجلط الدم المتقدم ، في جميع الخلايا السرطانية بعد 36 ساعة من الحقن.
علاوة على ذلك ، اهتم المؤلفون أيضًا بتضمين حمولة خاصة على سطح النانو (تسمى DNA aptamer) والتي تستهدف على وجه التحديد بروتينًا يسمى nucleolin ، والذي يتم إنتاجه بكميات كبيرة فقط على سطح الخلايا السرطانية ، وبالتالي تقليل احتمالية مهاجمة الروبوتات النانوية للخلايا السليمة إلى الصفر ، فهذه الروبوتات النانوية لا تقلل وتقتل الخلايا السرطانية فحسب ، بل تمنع أيضًا ورم خبيث - نمو سرطاني ثانوي في موقع بعيد.
الأمان والفعالية
يؤكد المؤلفون أن الروبوتات النانوية آمنة وخاملة من الناحية المناعية لاستخدامها في الفئران وحتى الخنازير ، كما أن استخدام الروبوتات النانوية لم يظهر أي تغييرات في تخثر الدم الطبيعي في أي مكان آخر أو بنية الخلية أو أي خلل في الدماغ. وبالتالي ، فقد تم تصنيفها على أنها آمنة وفعالة في استهداف وتقليص الأورام دون أي آثار جانبية محتملة غير مرغوب فيها. كما شوهدت معظم الروبوتات النانوية مهينة وتطرد من الجسم بعد 24 ساعة. على الرغم من أنه يمكن تصميم الروبوتات النانوية في نموذج `` الروبوتات النانوية المكررة '' ، وهو أمر مفهوم للحفاظ على انخفاض التكاليف حيث يتم عمل نسخ قليلة وأن الروبوتات النانوية الأخرى يتم إنشاؤها ذاتيًا ، فمن الواضح أن مثل هذا النهج يجب أن يتم تطبيقه فقط في ظروف خاصة . بقدر ما يتعلق الأمر بمجال الطب ، يجب أيضًا أن تكون هناك عملية قتل مضمونة من أجل إبعاد أي ظروف قاسية. تحتاج السلطات القانونية إلى وضع لوائح لتجنب أي إساءة استخدام للروبوتات النانوية في الطب ، على سبيل المثال الروبوتات النانوية المسلحة. عند تقييم جميع العوامل ، فإن فعالية الروبوتات النانوية توصلنا إلى نقطة لا يمكن التغاضي عنها والنظر إلى الروبوتات النانوية المحتملة سيكون مكونًا أساسيًا للطب في المستقبل.
يمكن استخدام نهج مماثل على البشر حيث أظهر المؤلفون أن هذا النظام قد تم اختباره أيضًا على نموذج سرطان الرئة الأساسي للفأر - والذي يحاكي المسار السريري البشري للرئة سرطان المرضى - وأظهروا تراجعًا في الورم بعد علاج لمدة أسبوعين. أيضًا ، أجريت هذه الدراسات على الفئران ، وفي غضون أسبوعين لوحظ تأثير مشابه على سرطان الثدي وسرطان الجلد وسرطان المبيض وسرطان الرئة في الحيوانات. ومع ذلك ، يجب إجراء الدراسة على البشر لتأكيد معقولية النتائج المماثلة ويجب إجراء تجارب إكلينيكية قوية لتحقيق ذلك.
طريقة ذكية جدا وهادفة لمهاجمة السرطان
يتمثل أحد التحديات الرئيسية لعلاجات السرطان في التفريق الدقيق والصحيح بين خلايا الورم السرطاني وخلايا الجسم السليمة والعادية. النهج التقليدي للتهرب من الخلايا السرطانية وقتلها - العلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي - يفشل في استهداف خلايا الورم بشكل انتقائي دون التفاعل مع خلايا الجسم الطبيعية. وبالتالي ، يميل العلاج الكيميائي وكذلك العلاج الإشعاعي إلى إحداث آثار جانبية خطيرة ، سواء كانت بسيطة أو كبيرة ، بما في ذلك تلف الأعضاء مما يؤدي إلى ضعف شديد في علاج السرطان وبالتالي انخفاض معدلات البقاء على قيد الحياة بين المرضى. الروبوتات النانوية مثل تلك الموصوفة في هذه الدراسة هي الأولى من نوعها في الثدييات وهي قوية جدًا وفعالة في تحديد الخلايا السرطانية وتقليل نموها وتكاثرها. يمكن استخدام هذا النظام الروبوتي للحمض النووي في علاج السرطان الدقيق والموجه للعديد من أنواع السرطان ، نظرًا لأن جميع الأوعية الدموية التي تغذي الأورام الصلبة هي نفسها بشكل أساسي.
مهد هذا البحث الطريق للمستقبل لبدء التفكير والتخطيط لحلول طبية عملية باستخدام التطورات التكنولوجية. الهدف النهائي لأبحاث السرطان هو الاستئصال الناجح للأورام الصلبة ، مع عدم وجود آثار جانبية خطيرة وتقليل الورم الخبيث. بالنظر إلى هذه الدراسة ، نرى أملاً هائلاً في المستقبل حيث يمكن أن تكون هذه الاستراتيجية الحالية مثالية لتحقيق الهدف النهائي لمعالجة السرطان. وليس السرطان فحسب ، بل يمكن أيضًا تطوير هذه الاستراتيجية كمنصة لتوصيل الأدوية لعلاج العديد من الأمراض الأخرى أيضًا لأن النهج سيكون ببساطة تعديل هيكل الروبوتات النانوية وتغيير الشحنات المحملة. أيضًا ، يمكن أن تساعدنا الروبوتات النانوية في فهم تعقيد جسم الإنسان والدماغ بشكل أكبر. سيساعد هذا أيضًا في إجراء العمليات الجراحية غير المؤلمة وغير الغازية ، حتى الأكثر تعقيدًا ، ومن الناحية الافتراضية في هذه المرحلة ، نظرًا لحجمها يمكن للروبوتات النانوية أيضًا تصفح خلايا الدماغ وتوليد جميع المعلومات ذات الصلة المطلوبة لمزيد من البحث. في المستقبل ، لنفترض بعد عقدين من الآن ، أن حقنة واحدة من روبوت النانو قد تكون قادرة على علاج الأمراض تمامًا.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
Li S et al 2018. يعمل الروبوت النانوي DNA كعلاج للسرطان استجابةً لمحفز جزيئي في الجسم الحي. طبيعة التكنولوجيا الحيوية. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
