Вірус (ліворуч) покритий маскуючою ліпідною оболонкою. Наноустрій (праворуч) нагадує вірус і уникає імунної відповіді організму.
Вчені з Інституту біоніки Вісса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардського університету відтворили тактику вірусу і побудували перше наноустрій, здатне діяти в людському організмі, залишаючись непоміченим імунітетом. Результати прокладають шлях для створення «розумних» ДНК-нанороботів, які могли б використовуватися для діагностики раку на ранній стадії, більш точної, ніж існуюча сьогодні; для доставки в потрібне місце протипухлинних препаратів, або навіть для виробництва ліків на місці, повідомили дослідники сьогодні на сайті ACS Nano.
«Ми, наслідуючи віруси, зрештою побудували терапевтичну машину, що працює з конкретною кліткою-мішенню», - говорить керівник дослідження Вільям Ши. Ши, крім роботи в Інституті біоніки Вісса, є доцентом кафедри біологічної хімії та молекулярної фармакології медичної школи Гарварду і доцентом кафедри біології раку в Dana-Farber Cancer Institute.
Та ж стратегія маскування могла б використовуватися для створення штучних мікроскопічних контейнерів, «протокліток», які могли б діяти як біосенсори для виявлення патогенів у їжі або токсичних хімічних речовин у питній воді.
ДНК, як відомо, є носієм генетичної інформації, але Ши та інші біоінженери використовують її як будівельний матеріал. Для цього вони використовують метод ДНК-орігамі, який Ши зміг розвинути від 2D до 3D. Метод полягає в тому, що вчені беруть довгу нитку ДНК і складають її, створюючи потрібну форму, подібно до того, як складають аркуш паперу в традиційному японському мистецтві. Вільям Ши
Команда Ши збирає ці форми, щоб побудувати нанорозмірні ДНК-пристрої, які один прекрасний день стануть такими ж складними, як молекулярні машини, що працюють в клітинах. Вчені розробляють методики для побудови з ДНК крихітних роботів, які реагують на зміни в середовищі, виконуючи корисні завдання, такі як проведення хімічної реакції або застосування механічної сили.
ДНК-нанороботи можуть сприйматися як наукова фантастика, але вони вже існують. У 2012 дослідники Інституту біоніки Вісса повідомили про створення наноробота, який використовує логіку, щоб виявити клітини-мішені, потім виявляє антитіла, які активізує «кнопку самознищення» в уражених лейкемією або лімфомою клітинах.
Для ДНК-наноустрою, призначеного для діагностики або лікування хвороб, важливо знаходиться в організмі досить довго, щоб зробити свою роботу. Але команда Ши виявила, що ДНК-наноустрою, введені в кров мишей, легко руйнуються імунною системою. Рішення проблеми підказала природа. Вчені розробили наноустрій, що імітує вірус, який захищає свій геном, уклавши його в кокон з білка, ідентичного тому, який покриває живі клітини. Це покриття містить подвійний шар фосфоліпідів, що допомагає ухилитися від дій імунної системи.
Для того, щоб покрити ДНК-наноустрій фосфоліпідами, Стів Перро, кандидат технічних наук, спочатку склав ДНК у октаедр. Потім він скористався можливостями нанотехнології, щоб повісити ліпіди, які в свою чергу зібрали біслий мембран, що оточують октаедр. Розмір отриманого пристрою можна порівняти з розміром вірусу.
Далі Перро довів, що нове наноустрій вижив в організмі. Він зробив це, позначивши їх флуоресцентним барвником, так стало можливим простежити, в якій частині тіла знаходяться наноустрою. У мишей, яким ввели наноустрою без покриття, світіння концентрувалося в сечовому міхурі, що свідчить про те, що вони були розбиті імунною системою і виведені з організму. Але у тварин, які отримали пристрої з покриттям, світіння маркерів було рівномірно розподілено по всьому тілу протягом довгого часу. Це доводить, що ДНК-наноробот може знаходиться в тілі так довго, як це необхідно для ефективного лікування.
У майбутньому замасковані нанороботи зможуть активувати імунну систему на боротьбу з раком або придушувати імунну систему, щоб допомогти прижитися трансплантованої тканини.
«Активація імунної відповіді може бути корисна клінічно або навпаки, її слід уникати, - говорить Перро. - Основним моментом є те, що тепер ми можемо це контролювати».