ДНК-нанороботы находят и маркируют клеточные мишени

Исследователи из Медицинского центра Колумбийского университета совместно с коллегами из Госпиталя специальной хирургии создали флот молекулярных «роботов», способных находить специфические человеческие клетки и помечать их для терапии или уничтожения.

Нанороботы — набор молекул ДНК, некоторые из которых присоединены к антителам — были спроектированы для поиска определённого набора клеток человеческой крови и присоединения флуоресцентной метки к их поверхности. Подробности системы опубликованы 28 июля 2013 года в онлайн-версии журнала Nature Nanotechnology.

«Это открывает возможность использовать такие молекулы для нацеливания, лечения или уничтожения специфических клеток, не затрагивая похожие здоровые клетки», — заявил старший исследователь исследования Милан Стоянович, PhD. «В нашем эксперименте мы пометили клетки флуоресцентным маркером, но его можно заменить на лекарство или токсин для уничтожения клетки».

Хотя другие ДНК-нанороботы уже создавались для доставки лекарств к клеткам, преимущество флота Стояновича — в способности различать популяции клеток, не имеющие единственной отличительной черты.

Клетки, включая раковые, редко обладают единственным, уникальным признаком, отличающим их от всех остальных. Это затрудняет разработку лекарств без побочных эффектов. Лекарства можно нацелить на раковые клетки со специфическим рецептором, но здоровые клетки с тем же рецептором также будут поражены.

Единственный способ более точного нацеливания — идентификация клеток на основе набора признаков. «Если мы ищем наличие пяти, шести или более белков на поверхности клетки, мы можем быть более избирательны», — сказал доктор Стоянович. Крупные машины для сортировки клеток способны идентифицировать клетки по множеству белков, но до сих пор молекулярная терапия не обладала такой возможностью.

Как это работает

Вместо создания одной сложной молекулы для идентификации множества признаков на поверхности клетки, доктор Стоянович и его коллеги из Колумбии использовали другой и потенциально более простой подход, основанный на нескольких простых молекулах, которые вместе образуют робота (или автомат, как предпочитают называть его авторы).

Для идентификации клетки, обладающей тремя специфическими поверхностными белками, доктор Стоянович сначала создал три разных компонента для молекулярных роботов. Каждый компонент состоял из фрагмента двуцепочечной ДНК, присоединённого к антителу, специфичному к одному из поверхностных белков. Когда эти компоненты добавляют к смеси клеток, антительные части робота связываются со своими соответствующими белками (на рисунке — CD45, CD3 и CD8) и работают согласованно.

На клетках, где присоединены все три компонента, робот становится функциональным, и четвёртый компонент (обозначенный 0 на схеме) запускает цепную реакцию среди цепей ДНК. Каждый компонент обменивается цепью ДНК с другим, пока в конце обмена последнее антитело не получает цепь ДНК, помеченную флуоресцентной меткой.

В конце цепной реакции — которая занимает менее 15 минут в образце человеческой крови — только клетки с тремя поверхностными белками оказываются помеченными флуоресцентным маркером.

«Мы продемонстрировали нашу концепцию на клетках крови, потому что их поверхностные белки хорошо известны, но в принципе наши молекулы можно использовать где угодно в организме», — сказал доктор Стоянович. Кроме того, систему можно расширить для идентификации четырёх, пяти или даже большего количества поверхностных белков.

Теперь исследователи должны показать, что их молекулярные роботы работают в живом организме; следующий шаг — эксперименты на мышах.