Nanorobot med dolt vapen dödar cancerceller
Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat nanorobotar som kan ta död på cancerceller i möss. Robotens vapen ligger dolt i en nanostruktur och exponeras enbart i den miljö som finns i tumörer, vilket gör att friska celler skonas. Studien har publicerats i tidskriften Nature Nanotechnology.
Forskargruppen vid Karolinska Institutet har tidigare tagit fram strukturer som har förmågan att organisera så kallade dödsreceptorer på cellers yta, vilket leder till att cellen dör. Strukturerna uppvisar sex peptiper (kedjor av aminosyror) som är ihopsatta i ett hexagonalt mönster.
– Detta hexagonala nanomönster av peptider blir ett dödligt vapen och om man skulle ge det som ett läkemedel skulle det urskillningslöst börja döda celler i kroppen, vilket inte skulle vara bra. För att komma runt det problemet har vi gömt vapnet inuti en nanostruktur byggd av DNA, berättar Björn Högberg, professor vid institution för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, som lett studien.
Har skapat en ”döds-switch”
Konsten att bygga strukturer i nanoskala med DNA som byggmaterial kallas för DNA-origami och är något som Björn Högbergs forskargrupp arbetat med i många år. Nu har de utnyttjat tekniken för att skapa en ”döds-switch” som aktiveras under rätt förhållanden.
– Vi har lyckats gömma vapnet på ett sådant sätt att det bara kan exponeras i den miljö som finns i och i närheten av en solid tumör. Det gör att vi har skapat en slags nanorobot som specifikt kan rikta sig mot cancerceller och ta död på dem, säger han.
Nyckeln är det låga pH-värdet, alltså den sura mikromiljö, som vanligtvis uppstår runt cancerceller och som aktiverar nanorobotens vapen. I cellanalyser i provrör kunde forskarna visa att peptid-vapnet ligger dolt inuti nanostrukturen vid normalt pH på 7,4, men att det har en drastisk celldödande effekt när pH-värdet sjunker till 6,5.
Miskad tumörtillväxt
Därefter testade de att injicera nanoroboten hos möss med bröstcancertumörer. Då uppnåddes en 70-procentig minskning av tumörtillväxten jämfört med möss som fick en inaktiv variant av nanoroboten.
– Vi behöver nu gå vidare och undersöka om detta fungerar i mer avancerade cancermodeller som mer liknar den verkliga mänskliga sjukdomen. Vi behöver också ta reda på vilka biverkningar metoden har innan den kan bli aktuell att testa på människa, säger studiens försteförfattare Yang Wang, forskare vid institution för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.
Forskarna har även planer på att undersöka om det går att göra nanoroboten mer målsökande genom att placera proteiner eller peptider på dess yta som specifikt binder till vissa cancertyper.
Forskningen finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Europeiska forskningsrådet (ERC), Vetenskapsrådet och Finlands Akademi. Uppfinningen kommer att patenteras.
Publikation
”A DNA Robotic Switch with Regulated Autonomous Display of Cytotoxic Ligand Nanopatterns”, Yang Wang, Igor Baars, Ieva Berzina, Iris Rocamonde-Lago, Boxuan Shen, Yunshi Yang, Marco Lolaico, Janine Waldvogel, Ioanna Smyrlaki, Keying Zhu, Robert A Harris, Björn Högberg, Nature Nanotechnology, online 1 juli 2024, doi: 10.1038/s41565-024-01676-4.