En un gran avance en nanomedicina, Científicos de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), 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 encoger tumores cortando su suministro de sangre.

"Hemos desarrollado el primer sistema totalmente autónomo, Sistema robótico de ADN para un diseño de fármacos muy preciso y una terapia contra el cáncer dirigida, "dijo Hao Yan, director del Centro de Diseño Molecular y Biomimética del Instituto ASU Biodesign y Profesor Milton Glick en la Facultad de Ciencias Moleculares.

"Es más, esta tecnología es una estrategia que se puede utilizar para muchos tipos de cáncer, Dado 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 tipo en mamíferos que utilizan cáncer de mama, melanoma, modelos de ratón con cáncer de ovario y pulmón, fue publicado en la revista Biotecnología de la naturaleza .

Buscar y destruir

Yan es un experto en el campo del origami de ADN, 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 plegar a sí mismo en todo tipo de formas y tamaños, todo a una escala mil veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, con la esperanza de que algún día revolucione la informática, electrónica y medicina.

Ese día puede llegar un poco más rápido de lo previsto.

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 hacer minúsculo, nanopartículas del tamaño de una molécula para diagnosticar y tratar enfermedades difíciles, especialmente cáncer.

Hasta ahora, el desafío para el avance de la nanomedicina ha sido difícil porque los científicos querían diseñar, Construya y controle cuidadosamente los nanorobots para buscar y destruir activamente tumores cancerosos, sin dañar ninguna célula sana.

El equipo internacional de investigadores superó este problema mediante el uso de una estrategia aparentemente simple para buscar de manera muy selectiva y matar de hambre un tumor.

Este trabajo se inició hace unos 5 años. Los investigadores del NCNST primero querían cortar específicamente el suministro de sangre a los tumores induciendo la coagulación de la sangre con una alta eficacia terapéutica y perfiles de seguridad en múltiples tumores sólidos utilizando nanoportadores basados ​​en ADN. La experiencia del profesor Hao Yan ha mejorado el diseño de nanomedicina para convertirlo en un sistema robótico totalmente programable. capaz de realizar su misión completamente por su cuenta.

"Estos nanorobots se pueden programar para transportar cargas moleculares y causar bloqueos en el suministro de sangre del tumor en el sitio, que puede provocar la muerte del tejido y encoger el tumor, "dijo Baoquan Ding, un profesor en el NCNST, ubicado en Beijing, Porcelana.

Nanorobots al rescate

Para realizar su estudio, los científicos aprovecharon un conocido modelo de tumor de ratón, donde se inyectan células cancerosas humanas en un ratón para inducir un crecimiento tumoral agresivo.

Una vez que el tumor estaba creciendo, los nanorobots se desplegaron para acudir al rescate.

Cada nanorobot está hecho de un piso, hoja rectangular de origami de ADN, 90 nanómetros por 60 nanómetros de tamaño. Una enzima clave de la coagulación de la sangre, llamado trombina, está adherido a la superficie.

La trombina puede bloquear el flujo sanguíneo del tumor al coagular la sangre dentro de los vasos que alimentan el crecimiento del tumor. causando una especie de mini-ataque cardíaco tumoral, y que conduce a la muerte del tejido tumoral.

Primero, se unió un promedio de cuatro moléculas de trombina a un andamio plano de ADN. Próximo, la hoja plana se doblaba sobre sí misma como una hoja de papel en un círculo para hacer un tubo hueco.

Se les inyectó una vía intravenosa en un ratón, luego viajó por el torrente sanguíneo, dirigiéndose a los tumores.

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

Una vez unido a la superficie de los vasos sanguíneos del tumor, el nanorobot estaba programado, como el famoso caballo de Troya, para entregar su carga de fármaco desprevenido en el mismo corazón del tumor, exponer una enzima llamada trombina que es clave para la coagulación de la sangre.

Los nanorobots funcionaron rápido congregándose en grandes cantidades para rodear rápidamente el tumor pocas horas después de la inyección.

Diseño sano y salvo

Primero y ante todo, el equipo demostró que los nanorobots eran seguros y eficaces para encoger 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 en la morfología celular, "dijo Yuliang Zhao, también profesor en NCNST y científico principal del equipo colaborativo internacional.

Más importante, no había evidencia de que los nanorobots se diseminaran al cerebro donde pudieran causar efectos secundarios no deseados, como un derrame cerebral.

"Los nanorobots son definitivamente seguros en los tejidos normales de ratones y animales grandes, "dijo Guangjun Nie, otro profesor en el NCNST y un miembro clave del equipo colaborativo.

El tratamiento bloqueó el suministro de sangre al tumor y generó daño en el tejido tumoral en 24 horas sin tener ningún efecto sobre los tejidos sanos. Después de atacar a los tumores, la mayoría de los nanorobots fueron eliminados y degradados del cuerpo después de 24 horas.

Por dos días, había evidencia de trombosis avanzada, y 3 días, Se observaron trombos en todos los vasos tumorales.

La clave es activar la trombina solo cuando está dentro de los vasos sanguíneos del tumor. También, en el modelo de ratón con melanoma, 3 de los 8 ratones que recibieron la terapia con nanorobot mostraron una regresión completa de los tumores. El tiempo medio de supervivencia aumentó a más del doble, extendiéndose de 20,5 a 45 días.

También probaron su sistema en una prueba de un modelo de cáncer de pulmón de ratón primario, que imita el curso clínico humano de pacientes con cáncer de pulmón. Mostraron encogimiento de los tejidos tumorales después de un tratamiento de 2 semanas.

La ciencia de lo muy pequeño va a lo grande

Para Yan, el importante hito del estudio representa el final del comienzo de la nanomedicina.

"El nanorobot de ADN de administración de trombina constituye un avance importante en la aplicación de la nanotecnología de ADN para la terapia del cáncer, ", dijo Yan." En un modelo de ratón con melanoma, el nanorobot no solo afectó al tumor primario sino que también previno la formación de metástasis, mostrando un potencial terapéutico prometedor ".

Yan y sus colaboradores ahora están buscando activamente socios clínicos para desarrollar aún más esta tecnología.

"Creo que estamos mucho más cerca de lo real, aplicaciones médicas prácticas de la tecnología, ", dijo Yan." Las combinaciones de diferentes nanorobots diseñados racionalmente que llevan varios agentes pueden ayudar a lograr el objetivo final de la investigación del cáncer:la erradicación de tumores sólidos y metástasis vascularizadas. Es más, la estrategia actual puede desarrollarse como una plataforma de administración de fármacos para el tratamiento de otras enfermedades mediante la modificación de la geometría de las nanoestructuras, los grupos objetivo y las cargas cargadas ".