Od science fiction do rzeczywistości zwalczającej nowotwory: czy nadchodzą iniekcyjne nanoroboty?
W 2021 roku czasopismo Science postawiło pytanie, które może zdefiniować całe stulecie rozwoju nanomedycyny: czy iniekcyjne, zwalczające choroby nanoroboty kiedykolwiek staną się rzeczywistością? Niedawno zespół badawczy kierowany przez Guana z Wuhan University of Technology (Chiny) przedstawił przekonującą odpowiedź, publikując doniesienie o iniekcyjnych nanorobotach przeznaczonych do precyzyjnej terapii nowotworowej. Praca zatytułowana “Bienzyme-powered nanorobots with ultrasensitive chemotaxis for precision cancer therapy”, opublikowana w National Science Review, dostarcza bezpośrednich i jednoznacznych dowodów potwierdzających realność tej koncepcji.
Inspiracją dla konstrukcji nanorobotów była analogia do samochodów, które łączą silnik z układem kierowniczym. Autorzy opracowali nanoroboty integrujące dwa rodzaje enzymów o odmiennych funkcjach, umożliwiających niezależną kontrolę napędu i orientacji. Konkretnie, na przeciwległych półkulach nanocząstek złota (Au) umieszczono katalazę i ureazę, tworząc tzw. nanoroboty Janusa. Ureaza odpowiada za napęd, wykorzystując endogenny mocznik obecny w krwiobiegu oraz w mikrośrodowisku guza, natomiast katalaza steruje orientacją nanorobota poprzez wykrywanie gradientu stężenia nadtlenku wodoru (H₂O₂), typowo występującego w mikrośrodowisku nowotworowym. Synergiczne działanie obu układów enzymatycznych pozwala na rozdzielenie mechanizmów napędu i orientacji, co skutkuje wysoce zwiększoną czułością chemotaktyczną wobec nowotworowych biomarkerów H₂O₂.
Po dożylnym podaniu w mysim modelu nowotworu nanoroboty te wykazały bardzo wysoką skuteczność celowania, głęboką penetrację tkanki nowotworowej oraz istotną internalizację komórkową. W porównaniu z nanocząstkami dyfundującymi biernie, efektywność celowania do guza wzrosła 209-krotnie, głębokość penetracji ponad 10-krotnie, a internalizacja komórkowa aż 1970-krotnie. Po załadowaniu lekami przeciwnowotworowymi nanoroboty zwiększały skuteczność hamowania wzrostu guza około 49 razy w porównaniu z odpowiednikami działającymi biernie.
Opisana w badaniu strategia chemotaksji wzmocnionej napędem ma charakter uniwersalny i może być adaptowana do różnych systemów nanorobotycznych poprzez odpowiedni dobór i kombinację układów reakcji chemicznych. W przyszłości podejście to może znaleźć zastosowanie nie tylko w onkologii, ale również w leczeniu stanów zapalnych, infekcji oraz innych chorób charakteryzujących się lokalnymi gradientami biochemicznymi.
W celu przyspieszenia translacji klinicznej zespół Guana powołał spółkę, której celem jest rozwój iniekcyjnych nanorobotów do zastosowań medycznych. Autorzy podkreślają, że dalsza optymalizacja, rygorystyczna ocena bezpieczeństwa i skuteczności oraz interdyscyplinarna współpraca mogą sprawić, iż nanoroboty iniekcyjne w dającej się przewidzieć przyszłości przejdą drogę od modeli eksperymentalnych do praktyki klinicznej, oferując nową nadzieję pacjentom z chorobami nowotworowymi i innymi trudnymi do leczenia schorzeniami.
Źródło: National Science Review, “Bienzyme-powered nanorobots with ultrasensitive chemotaxis for precision cancer therapy”
DOI: http://dx.doi.org/10.1093/nsr/nwaf580
