Nanorobots luchan contra el cáncer buscando y destruyendo tumores

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En un gran avance en nanomedicina, científicos de la Universidad Estatal de Arizona, en colaboración con investigadores del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) de la Academia de Ciencias de China, han programado con éxito nanorobots para reducir tumores al cortar su suministro de sangre.

Hemos desarrollado el primer sistema totalmente autónomo de ADN robótico para un diseño de fármacos muy preciso y terapia dirigida contra el cáncer“, dijo Hao Yan, director del Centro de Diseño Molecular y Biomimética de ASU Biodesign Institute y profesor de Milton Glick en la Escuela de Molecular de Ciencias.

Además, esta tecnología es una estrategia que puede usarse para muchos tipos de cáncer, ya que todos los vasos sanguíneos sólidos que se alimentan de tumores son esencialmente iguales“, dijo Yan.

La exitosa demostración de la tecnología, el primer estudio de su clase en mamíferos que utiliza modelos de cáncer de mama, cáncer de ovario, cáncer de pulmón y cáncer de mama, se publicó en la revista Nature Biotechnology.

Yan es un experto en el campo del ADN origami, que en las últimas dos décadas ha desarrollado la fabricación a escala atómica para construir estructuras cada vez más complejas.

Los ladrillos para construir sus estructuras provienen del ADN, que se puede doblar por sí mismo en todo tipo de formas y tamaños, todo a una escala 1.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, con la esperanza de algún día revolucionar la informática, la electrónica y la medicina.

La nanomedicina es una nueva rama de la medicina que busca combinar la promesa de la nanotecnología para abrir vías completamente nuevas para los tratamientos, como la fabricación de minúsculas nanopartículas del tamaño de una molécula para diagnosticar y tratar enfermedades difíciles, especialmente el cáncer.

Hasta ahora, el desafío de avanzar en la nanomedicina ha sido difícil porque los científicos querían diseñar, construir y controlar cuidadosamente nanorobots para buscar activamente y destruir tumores cancerosos, sin dañar a las células sanas. El equipo internacional de investigadores superó este problema al usar una estrategia aparentemente simple para buscar y matar de manera muy selectiva a un tumor.

Este trabajo se inició hace unos cinco años. Los investigadores NCNST primero querían cortar específicamente el suministro de sangre del tumor al inducir la coagulación sanguínea con una alta eficacia terapéutica y perfiles de seguridad en múltiples tumores sólidos utilizando nanovehículos basados ​​en ADN. La experiencia de Yan ha mejorado el diseño de la nanomedicina para que sea un sistema robótico totalmente programable, capaz de realizar su misión por sí solo.




Estos nanorobots se pueden programar para transportar cargas moleculares y causar bloqueos en el suministro de sangre tumoral en el sitio, lo que puede llevar a la muerte del tejido y reducir el tamaño del tumor“, dijo Baoquan Ding, profesor del NCNST en Beijing.

Para llevar a cabo su estudio, los científicos tomaron ventaja de un modelo de tumor de ratón bien conocido, donde las células cancerosas humanas se inyectan en un ratón para inducir un crecimiento tumoral agresivo. Una vez que el tumor estaba creciendo, los nanorobots se desplegaron para ir al rescate.

Cada nanorobot está hecho de una hoja de origami de ADN plana y rectangular, de 90 nanómetros por 60 nanómetros de tamaño. Una enzima clave para la coagulación de la sangre, llamada trombina, está adherida a la superficie. La trombina puede bloquear el flujo sanguíneo del tumor al coagular la sangre dentro de los vasos que alimentan el crecimiento tumoral, lo que causa un tipo de mini ataque cardíaco tumoral y conduce a la muerte del tejido tumoral.

Primero, se unió un promedio de cuatro moléculas de trombina a un andamio de ADN plano. A continuación, la hoja plana se dobló sobre sí misma como una hoja de papel en un círculo para formar un tubo hueco. Les inyectaron una vía intravenosa en un ratón, luego viajaron a través del torrente sanguíneo, dirigiéndose a los tumores.

La clave para programar un nanorobot que ataque solo a una célula cancerosa era incluir una carga especial en su superficie, llamada aptámero de ADN. El aptámero de ADN podría apuntar específicamente a una proteína, llamada nucleolina, que se produce en grandes cantidades solo en la superficie de las células endoteliales del tumor y no se encuentra en la superficie de las células sanas.

Primero, se unió un promedio de cuatro moléculas de trombina a un andamio de ADN plano. A continuación, la hoja plana se dobló sobre sí misma como una hoja de papel en un círculo para formar un tubo hueco. Una vez unido a la superficie de los vasos sanguíneos del tumor, el nanorobot fue programado, al igual que el notorio Caballo de Troya, para entregar su incauto cargamento de droga en el mismo corazón del tumor, exponiendo la trombina.

Los nanorobots trabajaron rápido, se juntaron en grandes cantidades para rodear rápidamente el tumor unas horas después de la inyección.

El equipo demostró que los nanorobots eran seguros y efectivos en la reducción de tumores. “El nanorobot demostró ser seguro e inmunológicamente inerte para su uso en ratones normales y, también en cerdos miniatura Bama, que no muestran cambios detectables en la coagulación sanguínea normal o la morfología celular“, dijo Yuliang Zhao, también profesor de NCNST y científico principal del equipo de colaboración internacional.

Lo más importante es que no había evidencia de que los nanorobots se diseminaran al cerebro, donde podrían causar efectos secundarios no deseados, como un derrame cerebral.