Dans une étude récente, des chercheurs ont développé pour la première fois un système nanorobotique entièrement autonome pour cibler spécifiquement le cancer
Dans une avancée majeure en nanomédecine, le domaine qui combine la nanotechnologie avec la médecine, les chercheurs ont développé de nouvelles avenues de traitement thérapeutique en utilisant de très petites nanoparticules de la taille d'une molécule (machine ou robots qui sont proches de l'échelle microscopique d'un nanomètre 10-9m) pour cible cancer, dans cette remarquable étude publiée dans Nature Biotechnology.
Nanobot d'origami d'ADN : le transporteur magique
L'ADN l'origami est un processus dans lequel un ADN est plié à l'échelle nanométrique et est utilisé pour construire des structures actives aux plus petites échelles (l'origami comme dans l'art du pliage du papier). L'ADN est un grand réservoir d'informations et les structures qui en sont construites peuvent donc être utilisées comme supports d'informations. Conformément à cette capacité, ces nanoparticules d'ADN (ou « nanorobots d'ADN » ou « nanorobots » ou simplement « nanobots ») peuvent déplacer et soulever des marchandises à la plus petite échelle pour des tâches spécifiques dans le corps humain et conviennent donc à de nombreux nanorobotique applications. La taille d’un tel nanobot est 1000 XNUMX fois plus petite qu’un simple cheveu humain. Ce domaine de la nanorobotique a été enthousiasmé au cours des deux dernières décennies et de nombreux experts se sont concentrés sur le développement de telles structures à l'échelle nanométrique basées sur l'ADN, capables de se replier dans toutes sortes de formes et de tailles pour révolutionner la médecine, en particulier la thérapie et l'administration de médicaments.
La technologie des nanorobots est aujourd'hui largement utilisée et a déjà révolutionné des domaines comme l'imagerie médicale, les appareils, les capteurs, les systèmes énergétiques ou encore la médecine. En médecine, les nanobots présentent des avantages importants principalement parce qu'ils ne génèrent aucune activité nocive, n'ont aucun effet secondaire possible et sont très spécifiques dans quel site du corps ils vont cibler et opérer. Le coût initial de développement des nanorobots peut être élevé, mais la fabrication, lorsqu'elle est effectuée par la méthode conventionnelle de traitement par lots, réduit considérablement le coût. De plus, la taille minuscule des nanorobots les rend idéaux pour cibler les bactéries et les virus. De plus, un minuscule nanorobot peut être injecté très facilement dans le corps et il flotte facilement dans le sang (le système circulatoire) et aide à détecter les problèmes et à les traiter. Les nanobots ont acquis une grande importance dans la recherche sur le cancer, car ils peuvent être une alternative indolore à la chimiothérapie qui est par ailleurs très stressante et impose un énorme fardeau personnel et financier au patient. La chimiothérapie n'est pas seulement un moyen difficile de traiter le cancer, mais en plus d'attaquer les cellules cancéreuses, la procédure laisse plusieurs effets secondaires dans tout le corps. Pourtant, la science n'a pas été en mesure de découvrir une nouvelle alternative à la chimiothérapie pour traiter cette maladie mortelle appelée cancer. Les nanobots ont le potentiel de changer ce scénario dans les années à venir en étant une alternative plus efficace, plus intelligente et plus ciblée pour s'attaquer au cancer.
Cibler le cancer
Dans cette étude récente, une collaboration entre l'Arizona State University, États-Unis, et le National Center for Nano science et technologie de l'Académie chinoise des sciences de Pékin, les chercheurs ont conçu, construit et contrôlé avec succès des nanorobots automatisés pour rechercher activement et détruire avec précision les tumeurs cancéreuses à l'intérieur du corps, sans nuire à aucune des cellules saines. Ils ont surmonté plusieurs défis qui affligent les nano-scientifiques depuis plus de deux décennies, en concevant et en utilisant une stratégie très simple et directe pour rechercher et détruire la tumeur. La stratégie consistait à couper spécifiquement l'approvisionnement en sang dans une cellule tumorale en induisant la coagulation du sang dans la cellule tumorale à l'aide de nanorobots à base d'ADN. Ils ont donc pensé à quelque chose d'apparemment simple : attacher une enzyme clé de la coagulation sanguine (appelée thrombine) à la surface du nanobot origami à ADN plat et à l'échelle nanométrique. En moyenne, quatre molécules de thrombine étaient attachées à la surface plane de la L'ADN feuille d'origami de taille 90nm par 60nm. Cette feuille plate a été pliée comme une feuille de papier pour que les nanobots se moulent sous la forme d'un tube creux. Ces nanobots ont été injectés dans une souris (qui avait été induite par une croissance tumorale agressive), ils ont voyagé dans tout le sang atteignant et se liant à sa cible - les tumeurs. à la coagulation du sang dans les vaisseaux qui alimentent la croissance tumorale, générant la destruction du tissu tumoral ou la mort cellulaire. Il est intéressant de noter que tout ce processus se produit très rapidement et les nanorobots entourent la tumeur quelques heures après l'injection. Des signes de thrombose avancée, dans toutes les cellules tumorales, ont été observés après 36 heures d'injection.
De plus, les auteurs ont également pris soin d'inclure une charge utile spéciale à la surface du nanobot (appelée aptamère d'ADN) qui ciblerait spécifiquement une protéine, appelée nucléoline, qui est fabriquée en grande quantité uniquement à la surface des cellules tumorales, réduisant ainsi les chances que les nanobots attaquent les cellules saines à zéro. Ces nanobots ont non seulement réduit et tué les cellules tumorales, mais ont également empêché les métastases - une croissance cancéreuse secondaire sur un site distant.
Sécurité et efficacité
Les auteurs soulignent que les nanobots sont sûrs et immunologiquement inertes pour une utilisation chez les souris et même les porcs et que l'utilisation de nanobots n'a montré aucun changement dans la coagulation sanguine normale ailleurs, ni dans la structure cellulaire ni dans le cerveau. Ainsi, ils ont été désignés comme sûrs et efficaces pour cibler et réduire les tumeurs sans aucun effet secondaire indésirable possible. La plupart des nanobots se dégradaient et se dissolvaient du corps après 24 heures. Bien que les nanobots puissent être conçus dans un modèle de «réplication des nanobots», ce qui est compréhensible pour réduire les coûts car quelques copies sont faites et d'autres nanobots sont auto-générés, il est clair qu'une telle approche ne devrait être appliquée que dans des circonstances particulières . En ce qui concerne le domaine médical, un kill-switch infaillible doit également être mis en place afin de tenir à distance toute circonstance extrême. Les autorités judiciaires doivent élaborer des réglementations pour éviter toute utilisation abusive des nanobots en médecine, par exemple des nanobots armés. Tous les facteurs pris en compte, l'efficacité des nanobots nous amène à un point qu'ils ne peuvent être ignorés et l'examen de leur potentiel, les nanobots seront une composante essentielle de la médecine à l'avenir.
Une approche similaire pourrait être utilisée sur l'homme car les auteurs ont montré que ce système a également été testé sur un modèle primaire de cancer du poumon chez la souris - qui imite l'évolution clinique humaine du poumon. cancer patients- et a montré une régression de la tumeur après un traitement de deux semaines. En outre, ces études ont été menées sur des souris et, en deux semaines, un effet démontrable similaire sur les cancers du sein, le mélanome, l'ovaire et le cancer du poumon a été observé chez les animaux. L'étude, cependant, doit être effectuée chez l'homme pour confirmer la plausibilité de résultats similaires et des essais cliniques robustes doivent être menés pour atteindre les mêmes.
Un moyen très intelligent et ciblé d'attaquer le cancer
L'un des défis majeurs de la thérapeutique anticancéreuse est de différencier soigneusement et correctement les cellules tumorales cancéreuses des cellules normales et saines du corps. L'approche conventionnelle pour éviter et tuer les cellules tumorales - chimiothérapie et radiothérapie - ne parvient pas à cibler les cellules tumorales de manière sélective sans interagir avec les cellules normales du corps. Ainsi, la chimiothérapie ainsi que la radiothérapie ont tendance à provoquer des effets secondaires graves, mineurs et majeurs, y compris des lésions organiques qui entraînent un traitement très altéré du cancer et donc de faibles taux de survie chez les patients. Les nanobots tels que ceux décrits dans cette étude sont les premiers du genre chez les mammifères qui sont très forts et efficaces pour identifier les cellules tumorales et diminuer leur croissance et leur prolifération. Ce système robotique à ADN peut être utilisé pour une thérapie anticancéreuse précise et ciblée pour de nombreux types de cancer, car tous les vaisseaux sanguins alimentant les tumeurs solides sont essentiellement les mêmes.
Cette recherche a ouvert la voie à l'avenir pour commencer à penser et à planifier des solutions médicales pratiques en utilisant les avancées technologiques. L'objectif ultime de la recherche sur le cancer est l'éradication réussie des tumeurs solides, sans effets secondaires graves et sans métastases. En regardant cette étude, nous voyons un immense espoir pour l'avenir où cette stratégie actuelle pourrait être idéale pour atteindre l'objectif ultime de lutter contre le cancer. Et pas seulement contre le cancer, cette stratégie pourrait également être développée en tant que plate-forme d'administration de médicaments pour le traitement de nombreuses autres maladies, car l'approche consisterait simplement à modifier la structure des nanobots et à altérer les cargaisons chargées. De plus, les nanobots peuvent nous aider à mieux comprendre la complexité du corps et du cerveau humains. Cela aidera également à effectuer des chirurgies indolores et non invasives, même les plus compliquées. Hypothétiquement, à ce stade, en raison de leur taille, les nanorobots pourraient également surfer à travers les cellules du cerveau et générer toutes les informations connexes nécessaires à la poursuite des recherches. À l'avenir, disons dans deux décennies, une seule injection d'un nanobot pourrait être capable de guérir complètement les maladies.
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Sources)
Li S et al 2018. Un nanorobot à ADN fonctionne comme un agent thérapeutique contre le cancer en réponse à un déclencheur moléculaire in vivo. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/nbt.4071
