En un estudio reciente, los investigadores han desarrollado por primera vez un sistema nanorobótico totalmente autónomo para atacar específicamente el cáncer.
En un gran avance en la nanomedicina, el campo que combina la nanotecnología con la medicina, los investigadores han desarrollado nuevas vías de tratamiento terapéutico utilizando nanopartículas muy pequeñas del tamaño de una molécula (máquinas o robots que están cerca de la escala microscópica de un nanómetro de 10-9 m) para objetivo células cancerosas, en este notable estudio publicado en Nature Biotechnology.
Nanobot de origami de ADN: el transportador mágico
ADN El origami es un proceso en el que se pliega un ADN a nivel nanométrico y se utiliza para construir estructuras activas en las escalas más pequeñas (origami como en el arte de doblar papel). El ADN es un gran almacenamiento de información y, por lo tanto, las estructuras que se construyen a partir de él pueden usarse como portadores de información. De acuerdo con esta capacidad, estas nanopartículas de ADN (o 'nanorobots de ADN' o 'nanorobots' o simplemente 'nanobots') pueden mover y levantar cargas a escalas muy pequeñas para tareas específicas en el cuerpo humano y, por tanto, son adecuadas para muchas nanorobótico aplicaciones. El tamaño de un nanobot de este tipo es 1000 veces más pequeño que el de una hebra de cabello humano. Este campo de la nanorobótica ha estado lleno de entusiasmo durante las últimas dos décadas y muchos expertos se han centrado en desarrollar estructuras a nanoescala basadas en ADN que pueden plegarse en todo tipo de formas y tamaños para revolucionar la medicina, especialmente la terapia y la administración de fármacos.
La tecnología de nanorobot ahora se está utilizando ampliamente y ya ha revolucionado campos como las imágenes médicas, los dispositivos, los sensores, los sistemas de energía y también la medicina. En medicina, los nanobots tienen ventajas significativas principalmente porque no generan ninguna actividad dañina, no tienen posibles efectos secundarios y son muy específicos en qué lugar del cuerpo se dirigirán y operarán. El costo inicial de desarrollo de los nanorobots puede ser alto, pero la fabricación cuando se realiza mediante el método convencional de procesamiento por lotes reduce el costo en gran medida. Además, el tamaño minúsculo de los nanorobots los hace ideales para atacar bacterias y virus. Además, un diminuto nanorobot se puede inyectar muy fácilmente en el cuerpo y flota fácilmente a través de la sangre (el sistema circulatorio) y ayuda a detectar los problemas y tratarlos. Los nanobots han ganado una gran importancia en la investigación del cáncer, ya que pueden ser una alternativa indolora a la quimioterapia que, de otro modo, es muy estresante y supone una enorme carga personal y financiera para el paciente. La quimioterapia no solo es una forma dura de tratar el cáncer, sino que además de atacar las células cancerosas, el procedimiento deja varios efectos secundarios en todo el cuerpo. Sin embargo, la ciencia no ha podido descubrir ninguna alternativa nueva a la quimioterapia para tratar esta enfermedad potencialmente mortal llamada cáncer. Los nanobots tienen el potencial de cambiar este escenario en los próximos años al ser una alternativa más eficiente, inteligente y específica para atacar el cáncer.
Dirigirse al cáncer
En este estudio reciente, una colaboración entre la Universidad Estatal de Arizona, EE. UU., Y el Centro Nacional de Nano En ciencia y tecnología de la Academia China de Ciencias, Beijing, los investigadores han diseñado, construido y controlado cuidadosamente nanobots automatizados para buscar activamente y destruir con precisión tumores cancerosos dentro del cuerpo, sin dañar ninguna de las células sanas. Superaron varios desafíos que han estado plagando a los nano científicos durante más de dos décadas, mediante el diseño y el uso de una estrategia muy simple y directa para buscar y destruir el tumor. La estrategia fue cortar específicamente el suministro de sangre en una célula tumoral induciendo la coagulación de la sangre en la célula tumoral utilizando nanobots basados en ADN. Entonces, pensaron en algo aparentemente simple: unir una enzima clave de coagulación de la sangre (llamada trombina) a la superficie del nanobot plano de origami de ADN a nanoescala. Un promedio de cuatro moléculas de trombina se unieron a la superficie plana de la ADN hoja de origami de tamaño 90nm por 60nm. Esta hoja plana se dobló como una hoja de papel haciendo que los nanobots moldearan la forma de un tubo hueco. Estos nanobots se inyectaron en un ratón (que había sido inducido con un crecimiento tumoral agresivo), viajaron a lo largo del torrente sanguíneo y se unieron a su objetivo, los tumores. Posteriormente, la carga del nanobot, la enzima trombina, se libera bloqueando el flujo sanguíneo del tumor. a la coagulación de la sangre dentro de los vasos que alimentan el crecimiento del tumor, generando la destrucción del tejido tumoral o la muerte celular. Curiosamente, todo este proceso ocurre muy rápido y los nanobots rodean el tumor pocas horas después de la inyección. Se observó evidencia de trombosis avanzada en todas las células tumorales después de 36 horas de inyección.
Además, los autores también se encargaron de incluir una carga útil especial en la superficie del nanobot (llamado aptámero de ADN) que apuntaría específicamente a una proteína, llamada nucleolina, que se produce en grandes cantidades solo en la superficie de las células tumorales, reduciendo así las posibilidades de que los nanobots alguna vez ataquen las células sanas a cero. Estos nanobots no solo redujeron y mataron las células tumorales, sino que también impidieron la metástasis, es decir, el crecimiento canceroso secundario en un sitio distante.
Seguridad y efectividad
Los autores enfatizan que los nanobots son seguros e inmunológicamente inertes para su uso en ratones e incluso cerdos y el uso de nanobots no mostró cambios en la coagulación sanguínea normal en otros lugares o en la estructura celular o en la recámara del cerebro. Por lo tanto, han sido designados como seguros y eficaces para apuntar y reducir tumores sin posibles efectos secundarios no deseados. También se observó que la mayoría de los nanobots se estaban degradando y desapareciendo del cuerpo después de 24 horas. Aunque los nanobots podrían diseñarse en un modelo de 'nanobots replicantes', lo cual es comprensible para mantener bajos los costos, ya que se hacen algunas copias y otros nanobots se autogeneran, está claro que este enfoque solo debe aplicarse en circunstancias especiales. . En lo que se refiere al campo de la medicina, también se debe implementar un kill-switchal infalible para mantener a raya cualquier circunstancia extrema.Las autoridades legales deben diseñar regulaciones para evitar cualquier uso indebido de los nanobots en la medicina, por ejemplo, los nanobots armados. Todos los factores, cuando se sopesa, la eficacia de los nanobots nos lleva a un punto en el que no pueden pasarse por alto y analizar sus posibles nanobots será un componente esencial de la medicina en el futuro.
Se podría utilizar un enfoque similar en humanos, ya que los autores han demostrado que este sistema también se probó en un modelo primario de cáncer de pulmón de ratón, que imita el curso clínico humano del pulmón. células cancerosas pacientes- y mostraron regresión del tumor después de un tratamiento de dos semanas. Además, estos estudios se realizaron en ratones, y en dos semanas se observó en los animales un efecto similar demostrable sobre cánceres de mama, melanoma, cáncer de ovario y pulmón. Sin embargo, el estudio debe realizarse en humanos para confirmar la plausibilidad de resultados similares y se deben realizar ensayos clínicos sólidos para lograr los mismos.
Una forma muy inteligente y específica de atacar el cáncer
Uno de los principales desafíos de la terapéutica del cáncer es diferenciar cuidadosa y correctamente entre las células tumorales cancerosas y las células corporales normales y sanas. El enfoque convencional para eludir y matar las células tumorales (quimioterapia y radioterapia) no logra atacar las células tumorales de manera selectiva sin interactuar con las células normales del cuerpo. Por lo tanto, la quimioterapia y también la radioterapia tienden a causar efectos secundarios graves, tanto menores como mayores, incluido el daño orgánico que da como resultado un tratamiento muy deteriorado del cáncer y, por lo tanto, bajas tasas de supervivencia entre los pacientes. Los nanobots como los descritos en este estudio son los primeros en su tipo en mamíferos que son muy fuertes y efectivos para identificar células tumorales y disminuir su crecimiento y proliferación. Este sistema robótico de ADN se puede utilizar para una terapia de cáncer precisa y dirigida para muchos tipos de cáncer, ya que todos los vasos sanguíneos que alimentan a los tumores sólidos son esencialmente los mismos.
Esta investigación ha allanado el camino para que el futuro comience a pensar y planificar soluciones médicas prácticas utilizando los avances tecnológicos. El objetivo final de la investigación del cáncer es la erradicación exitosa de los tumores sólidos, sin efectos secundarios graves y con una reducción de la metástasis. Al observar este estudio, vemos una inmensa esperanza para el futuro en el que esta estrategia actual podría ser ideal para lograr el objetivo final de abordar el cáncer. Y no solo el cáncer, esta estrategia también podría desarrollarse como una plataforma de administración de medicamentos para el tratamiento de muchas otras enfermedades porque el enfoque sería simplemente modificar la estructura de los nanobots y alterar las cargas cargadas. Además, los nanobots pueden ayudarnos a comprender mejor la complejidad del cuerpo y el cerebro humanos. Esto también ayudará a realizar cirugías indoloras y no invasivas, incluso las más complicadas. Hipotéticamente en este punto, debido a su tamaño, los nanobots también podrían navegar a través de las células cerebrales y generar toda la información relacionada necesaria para futuras investigaciones. En el futuro, digamos dentro de dos décadas, una sola inyección de un nanobot podría curar enfermedades por completo.
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Fuentes)
Li S et al 2018. Un nanorobot de ADN funciona como un tratamiento contra el cáncer en respuesta a un desencadenante molecular in vivo. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
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