Американские биологи собрали первого в мире медицинского наноробота, который умеет распознавать определенные клетки и доставлять к ним молекулы лекарства, а также собирать различный «мусор» или нужные молекулы на пути к адресату, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Шон Дуглас (Shawn Douglas) и его коллеги из Гарвардской медицинской школы в Бостоне (США) использовали технику сборки сложных ДНК-конструкций, которые в научном сообществе известны под собирательным названием «ДНК-оригами».

В этой методике основой для любых деталей био-«машин» служит длинная одинарная цепочка ДНК, которая сплетается в нужный трехмерный предмет при помощи коротких «шпилек» из нескольких нуклеотидов – кирпичиков ДНК.

Плетение био-оригами

В 2009 году Дуглас разработал специальную компьютерную программу, которую он назвал nanoCAD (система автоматизированного проектирования для наноустройств из ДНК – ред.). Эта система позволяет создавать произвольные устройства из ДНК-«оригами» в виртуальной лаборатории и использовать полученные «чертежи» для сборки настоящих устройств.

Авторы статьи использовали ее для проектировки медицинского наноробота. Такое устройство представляет собой небольшую «бочку» из переплетенной нити ДНК. Верхняя и нижняя крышки «бочки» закрыты двумя парами специальных замков – биотранзисторами, ключами к которым могут быть антигены, особые условия окружающей среды или другие факторы. При их открытии робот выворачивается «наизнанку» и выбрасывает вещества, которые были спрятаны внутри емкости.

Для проверки работы своего изобретения ученые собрали несколько разновидностей нанороботов, которые содержали в себе микроскопические частицы золота или фрагменты различных антител. Затем ученые просветили пробирку с небольшим количеством роботов при помощи электронного микроскопа и оценили, сколько из них раскрылось преждевременно.

Оказалось, что первоначальная система «замков» была не слишком надежной – половина ДНК-роботов развалилась на части без соответствующего сигнала. Для решения этой проблемы Дуглас и его коллеги добавили два дополнительных элемента – «скобки» из коротких цепочек ДНК, скреплявшие половинки «бочки» изнутри. Это повысило устойчивость нанороботов практически в два раза – теперь около 97% емкостей оставались закрытыми.

Сервис по доставке наногрузов

Убедившись в надежности конструкции, исследователи испытали своих роботов в деле. Биологи настроили их таким образом, что те раскрывались в присутствии лейкоцитов и других иммунных клеток человека и помечали их при помощи светящихся красок. Затем ученые вырастили несколько колоний иммунных клеток, белки и другие молекулы на поверхности которых выступали в качестве «ключей», открывавших «грузовой отсек» нанороботов.

Как и ожидали биологи, культуры лейкоцитов без «ключей» практически не светились, так как наноботы не могли раскрыться и присоединить молекулы краски к оболочкам клеток. В колониях иммунных клеток, где «ключи» подходили под «замочные скважины» на теле робота, свечение было гораздо интенсивнее.

По словам Дугласа и его коллег,

их роботы находили и присоединялись только к «нужному» типу клеток даже в том случае, если ученые смешивали несколько линий лейкоцитов из своего арсенала. Кроме того, биологам удалось использовать их изобретение и для решения двух задач сразу – сбора молекул определенного белка и их доставки к клетке-«адресату».

Авторы статьи полагают, что их роботы могут послужить прототипом для разработки крайне избирательных лекарственных средств, которые будут исполнять сразу несколько функций внутри организма.