Trombin, tümör gelişimini sağlayan damarların içindeki kanları pıhtılaştıracak şekilde tümör kan akışını bloke edebilir. Tümör için bir çeşit mini-kalp krizine neden olur ve tümör dokusunun ölmesini sağlar.
Kaynak: Arizona State University, Jason Drees
Nanotıp alanındaki büyük ilerlemeler sonucunda, Arizona State University (ASU) bilim insanları, Çin Bilimler Akademisinin Ulusal Nanobilim ve Teknoloji Merkezi (NCNST) araştırmacılarıyla işbirliği içinde, nanorobotları kan akışını keserek tümörleri küçültmek üzere başarılı bir şekilde programladılar.
ASU Biodesign Enstitüsü Moleküler Tasarım ve Biyomimetik Merkezi Direktörü Hao Yan “Çok hassas ilaç tasarımı ve hedefli kanser terapisi için tamamen ilk özerk DNA robot sistemi geliştirdik” dedi.
Yan, “Ayrıca, bu teknoloji tüm katı tümör besleyen kan damarları için esasen aynı olduğundan, birçok kanser türü için kullanılabilecek bir strateji” dedi.
Göğüs kanseri, melanom, yumurtalık ve akciğer kanseri, fare modellerinden yararlanarak memelilerde yapılan ilk araştırmanın teknolojisi başarılı bir şekilde sergilendi ve Nature Biotechnology dergisinde yayınlandı.
Ara ve Yok et,
Yan, son yirmi yılda giderek daha karmaşık yapılar oluşturmak için atom ölçekli üretim geliştiren DNA origami alanında uzman bir araştırmacıdır.
Yapıları inşa etmeye yarayan tuğlalar, bir gün bilgisayarın devrim yaratan gücüyle her çeşit şekil ve ebatta insan saçından bin kat daha küçük bir ölçekte oluşarak kendini katlayabilen DNA’lar geleceği şekillendirecek.
O gün beklenenden biraz daha hızlı gelebilir.
Nanotıp, zor hastalıkları, özellikle kanseri teşhis etmek ve tedavi etmek için ufak boyutlu, molekül boyutunda nanoparçacıklar yapmak gibi tedaviler için tamamen yeni yollar açmaya çalışan nanoteknolojinin vaadini birleştirmeyi amaçlayan tıbbın yeni bir dalıdır.
Araştırmacı, sağlıklı hücrelere zarar vermeden aktif olarak kanserli tümörleri aramak ve yok etmek için nanorobotlar tasarlamak, inşa etmek ve dikkatli bir şekilde kontrol etmek istediği için nanotıpın ilerlemesine yönelik gelişmeler şimdiye kadar zor bir süreçten geçiyor.
Uluslararası araştırmacılardan oluşan ekib, çok seçici bir şekilde tümörü araştırmak ve aç bırakmak için görünüşte basit bir strateji kullanarak bu sorunun üstesinden gelmiştir.
Bu çalışma yaklaşık 5 yıl önce başlatıldı. NCNST araştırmacıları, öncelikle, DNA tabanlı nanokarbonları kullanarak çoklu katı tümörlerde yüksek terapötik etkililik ve güvenlik profilleri ile kan koagülasyonunu indükleyerek tümör kanının kesilmesini istediler. Hao Yan’ın uzmanlığı, nanotıp tasarımını, tamamen kendi kendine çalışabilen, tamamen programlanabilir bir robotik sistem haline getirdi.
Pekin’de bulunan NCNST’de profesör olan Baoquan Ding, “Bu nanorobotlar, moleküler yükleri taşımak için programlanabilir ve yerinde tümör kan akımı tıkanmalarına neden olabilir. Bu şekilde doku ölümüne neden olabilir. Bu yöntemle tümörü küçültür” diyor.
Kurtarma için Nanorobotlar
Bilim adamları çalışmalarını gerçekleştirmek için kanser hücrelerinin bir fare içine enjekte edilerek agresif tümör büyümesine neden olduğu iyi bilinen bir fare tümörü modelinden yararlandı.
Tümör büyüdükten sonra, nanorobotlar kurtarmak için konuşlandırıldı.
Her bir nanorobot düz, dikdörtgen şeklinde bir DNA origami levhasından, 90 nanometre ile 60 nanometre boyutunda yapılır. Yüzeye, trombin adı verilen, önemli bir kan pıhtılaşma enzimi bağlanır.
Trombin tümörün büyümesine sebep olan damarların içindeki kanları pıhtılaştırarak tümörün için küçük çapta bir kalp krizine neden olur ve tümörün doku ölümüne yol açar.
İlk olarak, ortalama dört trombin molekülü düz bir DNA iskelesine bağlandı. Daha sonra, yassı tabaka içi boş bir tüp yapmak için bir levha halinde bir daire şeklinde katlandı.
Bir fare içine enjekte edildiler, daha sonra kan dolaşımı boyunca ilerleyerek, tümörler üzerine hareket edildi.
Sadece bir kanser hücresine saldıran bir nanorobot programlamanın anahtarı, bir DNA aptameri olarak adlandırılan yüzeyine özel bir yük koymaktı. DNA aptameri, özellikle tümör endotel hücrelerinin yüzeyinde yüksek miktarda yapılmış, ve sağlıklı hücrelerin yüzeyinde bulunmayan, nucleolin adı verilen bir proteini spesifik olarak hedef alabilir.
Tümör kan damarı yüzeyine bağlandıktan sonra, kötü niyetli Truva atı gibi nanorobot, kan pıhtılaşmasının anahtarı olan trombin adı verilen bir enzimi açığa çıkararak şüpheli olmayan uyuşturucu kargosunu tümörün tam kalbinde dağıtmak üzere programlandı.
Nanorobotlar hızla çalışarak, enjeksiyondan sadece birkaç saat sonra hızla bir şekilde tümörü çevrelemek için çok sayıda nanorabot bir araya geldi.
Güvenli ve sağlam tasarım
Her şeyden önce, ekip, nanorobotların tümörleri küçültme konusunda güvenli ve etkili olduğunu gösterdi.
NCNST’de profesör olan Yuliang Zhao, “Normal sıçanlarda ve normal farelerde ve ayrıca normal kan pıhtılaşması veya hücre morfolojisinde saptanabilir bir değişiklik göstermeyen Bama minyatür domuzlarında kullanılmak üzere güvenli ve immünolojik açıdan inert olduğu kanıtlandı” dedi.
En önemlisi, nanorobotların beynin içine bulaştığı, inme gibi istenmeyen yan etkilere neden olabileceğine dair bir kanıt bulunmamaktadır.
NCNST’deki bir başka profesör olan ve işbirlikçi ekibin önemli bir üyesi olan Guangjun Nie, “Nanorobotlar farelerin ve büyük hayvanların normal dokularında kesinlikle güvenlidir” dedi.
Tedavi, sağlıklı dokular üzerinde herhangi bir etkiye sahip olmadan 24 saat içinde tümör kanındaki kaynağı ve tümör dokusu hasarını engelledi. Tümörlere saldırdıktan sonra, nanorobotların çoğu temizlenmiş ve 24 saat sonra vücuttan atılmıştır.
İki güne kadar ilerlemiş tromboz bulguları mevcuttu ve 3 gün boyunca tüm tümör damarlarında tromboz görüldü.
Kilit nokta trombinin ancak tümör kan damarları içerisindeyken tetiklenmesidir. Ayrıca, melanom fare modelinde, nanorobot tedavisi gören 8 fareden 3’ü tümörlerin tamamen gerilediğini gösterdi. Ortam sağkalımı süresi iki katına çıkmış ve 20.5 günden 45 güne uzanmıştır.
Ayrıca, araştırmacılar akciğer kanseri hastalarının insan klinik seyrini taklit eden birincil fare akciğer kanseri modelinin testiyle sistemlerini denediler. 2 haftalık bir tedaviden sonra tümör dokularının küçültüldüğünü gösterdiler.
Kaynaklar ve İleri Okuma:
- Suping Li, Qiao Jiang, Shaoli Liu, Yinlong Zhang, Yanhua Tian, Chen Song, Jing Wang, Yiguo Zou, Gregory J Anderson, Jing-Yan Han, Yung Chang, Yan Liu, Chen Zhang, Liang Chen, Guangbiao Zhou, Guangjun Nie, Hao Yan, Baoquan Ding, Yuliang Zhao. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo. Nature Biotechnology, 2018; DOI: 10.1038/nbt.4071
”https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180212112000.htm”
Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik
