నానోరోబోటిక్స్ - క్యాన్సర్‌పై దాడి చేయడానికి ఒక తెలివైన మరియు లక్ష్య మార్గం

ఇటీవలి అధ్యయనంలో, క్యాన్సర్‌ను ప్రత్యేకంగా లక్ష్యంగా చేసుకోవడానికి పరిశోధకులు మొదటిసారిగా పూర్తి స్వయంప్రతిపత్తి కలిగిన నానోరోబోటిక్ వ్యవస్థను అభివృద్ధి చేశారు.

నానోమెడిసిన్‌లో ఒక పెద్ద పురోగతిలో, నానోటెక్నాలజీని మెడిసిన్‌తో మిళితం చేసే రంగం, పరిశోధకులు చాలా చిన్న, అణువుల-పరిమాణ నానోపార్టికల్స్ (10-9మీ నానోమీటర్ యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ స్కేల్‌కు దగ్గరగా ఉండే యంత్రం లేదా రోబోట్‌లు) ఉపయోగించి చికిత్సా చికిత్స యొక్క కొత్త మార్గాలను అభివృద్ధి చేశారు. లక్ష్యం క్యాన్సర్లో ప్రచురించబడిన ఈ విశేషమైన అధ్యయనంలో నేచర్ బయోటెక్నాలజీ.

DNA ఓరిగామి నానోబోట్: మేజిక్ ట్రాన్స్పోర్టర్

DNA origami అనేది DNA నానోస్కేల్ స్థాయిలో ముడుచుకున్న ప్రక్రియ మరియు అతి చిన్న ప్రమాణాల వద్ద క్రియాశీల నిర్మాణాలను నిర్మించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది (ఓరిగామి కాగితం మడత కళలో వలె). DNA అనేది సమాచారం యొక్క గొప్ప నిల్వ మరియు దాని నుండి నిర్మించబడిన నిర్మాణాలను సమాచార వాహకాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ సామర్థ్యానికి అనుగుణంగా, ఈ DNA నానోపార్టికల్స్ (లేదా 'DNA నానోరోబోట్‌లు' లేదా 'నానోరోబోట్‌లు' లేదా కేవలం 'నానోబోట్లు') మానవ శరీరంలోని నిర్దిష్ట పనుల కోసం అతిచిన్న స్కేల్స్‌లో సరుకును తరలించగలవు మరియు ఎత్తగలవు మరియు తద్వారా చాలా మందికి అనుకూలంగా ఉంటాయి. నానోబొటిక్ అప్లికేషన్లు. అటువంటి నానోబోట్ పరిమాణం మానవ వెంట్రుకల యొక్క ఒక స్ట్రాండ్ కంటే 1000 రెట్లు చిన్నది. ఈ నానోబోటిక్స్ రంగం గత రెండు దశాబ్దాలుగా ఉత్కంఠతో నిండి ఉంది మరియు చాలా మంది నిపుణులు DNA ఆధారంగా నానోస్కేల్ నిర్మాణాలను అభివృద్ధి చేయడంపై దృష్టి సారించారు, ఇది ఔషధం ముఖ్యంగా చికిత్స మరియు డ్రగ్ డెలివరీలో విప్లవాత్మకమైన అన్ని రకాల ఆకారాలు మరియు పరిమాణాలలో తమను తాము మడవగలదు.

నానోరోబోట్ టెక్నాలజీ ఇప్పుడు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది మరియు ఇప్పటికే మెడికల్ ఇమేజింగ్, పరికరాలు, సెన్సార్లు, ఎనర్జీ సిస్టమ్స్ మరియు మెడిసిన్ వంటి రంగాలలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేసింది. వైద్యంలో, నానోబోట్‌లు ముఖ్యమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి, ఎందుకంటే అవి ఎటువంటి హానికరమైన కార్యకలాపాలను సృష్టించవు, ఎటువంటి దుష్ప్రభావాలనూ కలిగి ఉండవు మరియు అవి శరీరంలోని ఏ సైట్‌ను లక్ష్యంగా చేసుకుని పనిచేస్తాయో చాలా నిర్దిష్టంగా ఉంటాయి. నానోరోబోట్‌ల అభివృద్ధికి ప్రాథమిక వ్యయం ఎక్కువగా ఉండవచ్చు కానీ బ్యాచ్ ప్రాసెసింగ్ యొక్క సాంప్రదాయ పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడినప్పుడు తయారీ ఖర్చును చాలా వరకు తగ్గిస్తుంది. ఇంకా, నానోరోబోట్‌ల యొక్క చిన్న పరిమాణం వాటిని బ్యాక్టీరియా మరియు వైరస్‌లను లక్ష్యంగా చేసుకోవడానికి అనువైనదిగా చేస్తుంది. అలాగే, ఒక చిన్న నానోరోబోట్‌ను శరీరంలోకి చాలా తేలికగా ఇంజెక్ట్ చేయవచ్చు మరియు అది సులభంగా రక్తం (ప్రసరణ వ్యవస్థ) ద్వారా తేలుతుంది మరియు సమస్యలను గుర్తించి వాటికి చికిత్స చేయడంలో సహాయపడుతుంది. నానోబోట్‌లు క్యాన్సర్ పరిశోధనలో చాలా ప్రాముఖ్యతను పొందాయి, ఎందుకంటే అవి కీమోథెరపీకి నొప్పిలేకుండా ప్రత్యామ్నాయం కాగలవు, ఇది చాలా ఒత్తిడితో కూడుకున్నది మరియు రోగిపై భారీ వ్యక్తిగత మరియు ఆర్థిక భారం పడుతుంది. కీమోథెరపీ అనేది క్యాన్సర్‌కు చికిత్స చేయడానికి కఠినమైన మార్గం మాత్రమే కాదు, క్యాన్సర్ కణాలపై దాడి చేయడం పక్కన పెడితే, ఈ ప్రక్రియ శరీరం అంతటా అనేక దుష్ప్రభావాలను కలిగిస్తుంది. అయినప్పటికీ క్యాన్సర్ అనే ప్రాణాంతక వ్యాధికి చికిత్స చేయడానికి కీమోథెరపీకి కొత్త ప్రత్యామ్నాయాన్ని సైన్స్ కనుగొనలేకపోయింది. నానోబోట్‌లు రాబోయే సంవత్సరాల్లో మరింత సమర్థవంతంగా, తెలివిగా మరియు లక్ష్యంగా ఉన్న ప్రత్యామ్నాయ దాడి చేసే క్యాన్సర్‌గా ఉండటం ద్వారా ఈ దృష్టాంతాన్ని మార్చగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయి.

క్యాన్సర్‌ను లక్ష్యంగా చేసుకోవడం

ఈ ఇటీవలి అధ్యయనంలో, అరిజోనా స్టేట్ యూనివర్శిటీ, USA మరియు నేషనల్ సెంటర్ మధ్య సహకారం నానో చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్, బీజింగ్‌లోని సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ పరిశోధకులు శరీరంలోని క్యాన్సర్ కణితులను చురుకుగా వెతకడానికి మరియు ఖచ్చితంగా నాశనం చేయడానికి ఆటోమేటెడ్ నానోబోట్‌లను విజయవంతంగా రూపొందించారు, నిర్మించారు మరియు జాగ్రత్తగా నియంత్రించారు - అయితే ఆరోగ్యకరమైన కణాలకు హాని కలిగించదు. కణితిని వెతకడానికి మరియు నాశనం చేయడానికి చాలా సులభమైన మరియు సరళమైన వ్యూహాన్ని రూపొందించడం మరియు ఉపయోగించడం ద్వారా వారు రెండు దశాబ్దాలుగా నానో శాస్త్రవేత్తలను వేధిస్తున్న అనేక సవాళ్లను అధిగమించారు. DNA- ఆధారిత నానోబోట్‌లను ఉపయోగించి కణితి కణంలోకి రక్తం గడ్డకట్టడాన్ని ప్రేరేపించడం ద్వారా కణితి కణంలో రక్త సరఫరాను ప్రత్యేకంగా నిలిపివేయడం వ్యూహం. కాబట్టి, వారు సరళంగా అనిపించే దాని గురించి ఆలోచించారు - ఫ్లాట్, నానోస్కేల్ DNA ఓరిగామి నానోబోట్ ఉపరితలంపై కీలకమైన రక్తం-గడ్డకట్టే ఎంజైమ్‌ను (థ్రాంబిన్ అని పిలుస్తారు) జత చేయండి. త్రోంబిన్ యొక్క సగటు నాలుగు అణువులు చదునైన ఉపరితలంతో జతచేయబడ్డాయి DNA ఓరిగామి షీట్ పరిమాణం 90nm బై 60nm. ఈ ఫ్లాట్ షీట్‌ను కాగితపు షీట్ లాగా మడతపెట్టి, నానోబోట్‌లను బోలు ట్యూబ్ ఆకారంలోకి మార్చారు. ఈ నానోబోట్‌లు ఒక మౌస్‌లోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడ్డాయి (ఇది ఉగ్రమైన కణితి పెరుగుదలతో ప్రేరేపించబడింది), అవి రక్తప్రవాహం అంతటా ప్రయాణించి దాని లక్ష్యమైన కణితులను చేరుకుంటాయి మరియు బంధిస్తాయి. తదనంతరం, నానోబోట్ యొక్క కార్గో - త్రాంబిన్ అనే ఎంజైమ్ పంపిణీ చేయబడుతుంది, తద్వారా కణితి రక్త ప్రవాహాన్ని అడ్డుకుంటుంది. కణితి పెరుగుదలకు ఆహారం ఇచ్చే నాళాలలో రక్తం గడ్డకట్టడం, కణితి కణజాలం లేదా కణాల మరణాన్ని నాశనం చేయడం. ఈ మొత్తం ప్రక్రియ, ఆసక్తికరంగా చాలా వేగంగా జరుగుతుంది మరియు ఇంజెక్షన్ చేసిన కొన్ని గంటల్లోనే నానోబోట్‌లు కణితిని చుట్టుముడతాయి. అధునాతన థ్రాంబోసిస్ యొక్క సాక్ష్యం, అన్ని కణితి కణాలలో 36 గంటల ఇంజెక్షన్ తర్వాత గమనించబడింది.

ఇంకా, రచయితలు నానోబోట్ (DNA ఆప్టామెర్ అని పిలుస్తారు) ఉపరితలంపై ప్రత్యేక పేలోడ్‌ను చేర్చడంలో జాగ్రత్త తీసుకున్నారు, ఇది న్యూక్లియోలిన్ అని పిలువబడే ప్రోటీన్‌ను ప్రత్యేకంగా లక్ష్యంగా చేసుకుంటుంది, ఇది కణితి కణాల ఉపరితలంపై మాత్రమే అధిక మొత్తంలో తయారు చేయబడుతుంది, తద్వారా తగ్గుతుంది. నానోబోట్‌లు ఆరోగ్యకరమైన కణాలను సున్నాకి ఎప్పుడో దాడి చేసే అవకాశాలు ఉన్నాయి. ఈ నానోబోట్‌లు కణితి కణాలను తగ్గించి చంపడమే కాకుండా మెటాస్టాసిస్‌ను నిరోధించాయి - సుదూర ప్రదేశంలో సెకండరీ క్యాన్సర్ పెరుగుదల.

భద్రత మరియు ప్రభావం

ఎలుకలు మరియు పందులలో కూడా నానోబోట్‌లు సురక్షితమైనవి మరియు రోగనిరోధక శక్తితో జడమైనవని రచయితలు నొక్కిచెప్పారు మరియు నానోబోట్‌ల ఉపయోగం మరెక్కడా సాధారణ రక్తం గడ్డకట్టడంలో లేదా కణ నిర్మాణంలో లేదా మెదడులోని ఏదైనా బ్రీచింట్‌లో ఎటువంటి మార్పులను చూపించలేదు. అందువల్ల, ఎటువంటి అవాంఛిత దుష్ప్రభావాలు లేకుండా కణితులను లక్ష్యంగా చేసుకోవడం మరియు కుదించడం కోసం అవి సురక్షితమైనవి మరియు ప్రభావవంతమైనవిగా గుర్తించబడ్డాయి. చాలా నానోబోట్‌లు 24 గంటల తర్వాత శరీరం నుండి క్షీణించడం మరియు క్లియర్ కావడం కూడా కనిపించింది. నానోబోట్‌లను 'రెప్లికేటింగ్ నానోబోట్స్' మోడల్‌లో రూపొందించవచ్చు, ఇది కొన్ని కాపీలు తయారు చేయబడినందున మరియు ఇతర నానోబోట్‌లు స్వీయ-ఉత్పత్తి అయినందున ఖర్చులను తగ్గించడానికి అర్థమయ్యేలా చేయవచ్చు, అటువంటి విధానాన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితులలో మాత్రమే వర్తింపజేయాలి. . ఔషధం యొక్క రంగానికి సంబంధించినంతవరకు, ఏదైనా విపరీత పరిస్థితులను అరికట్టడానికి ఫూల్‌ప్రూఫ్ కిల్-స్విచ్ కూడా అవసరం. చట్టపరమైన అధికారులు వైద్యంలో నానోబోట్‌ల దుర్వినియోగాన్ని నివారించడానికి నిబంధనలను రూపొందించాలి, ఉదాహరణకు ఆయుధ నానోబోట్‌లు. అన్ని కారకాలను తూకం వేసినప్పుడు, నానోబోట్‌ల యొక్క సమర్థత వాటిని విస్మరించలేని స్థితికి తీసుకువస్తుంది మరియు భవిష్యత్తులో వాటి సంభావ్య నానోబోట్‌లను చూడటం అనేది ఔషధం యొక్క ముఖ్యమైన భాగం.

ఈ వ్యవస్థను ప్రైమరీ మౌస్ ఊపిరితిత్తుల క్యాన్సర్ మోడల్‌లో కూడా పరీక్షించినట్లు రచయితలు చూపించినందున మానవులపై ఇదే విధమైన విధానాన్ని ఉపయోగించవచ్చు - ఇది ఊపిరితిత్తుల మానవ క్లినికల్ కోర్సును అనుకరిస్తుంది. క్యాన్సర్ రోగులు- మరియు రెండు వారాల చికిత్స తర్వాత కణితి యొక్క తిరోగమనాన్ని చూపించారు. అలాగే, ఈ అధ్యయనాలు ఎలుకలపై నిర్వహించబడ్డాయి మరియు రెండు వారాలలో రొమ్ము క్యాన్సర్లు, మెలనోమా, అండాశయ మరియు ఊపిరితిత్తుల క్యాన్సర్లపై ఇదే విధమైన ప్రదర్శిత ప్రభావం జంతువులలో కనిపించింది. అయితే సారూప్య ఫలితాల యొక్క ఆమోదయోగ్యతను నిర్ధారించడానికి మానవులలో అధ్యయనం చేయవలసి ఉంది మరియు దానిని సాధించడానికి బలమైన క్లినికల్ ట్రయల్స్ నిర్వహించాల్సిన అవసరం ఉంది.

క్యాన్సర్‌పై దాడి చేయడానికి చాలా తెలివైన మరియు లక్ష్య మార్గం

క్యాన్సర్ కణితి కణాలు మరియు సాధారణ, ఆరోగ్యకరమైన శరీర కణాల మధ్య జాగ్రత్తగా మరియు సరిగ్గా తేడాను గుర్తించడం క్యాన్సర్ చికిత్సా విధానం యొక్క ప్రధాన సవాళ్లలో ఒకటి. కణితి కణాలను తొలగించడం మరియు చంపడం అనే సాంప్రదాయిక విధానం - కెమోథెరపీ మరియు రేడియేషన్ థెరపీ - సాధారణ శరీర కణాలతో సంకర్షణ చెందకుండా కణితి కణాలను ఎంపిక చేయడంలో విఫలమవుతుంది. అందువల్ల, కీమోథెరపీ మరియు రేడియేషన్ థెరపీలు చిన్న మరియు పెద్ద రెండింటిలోనూ తీవ్రమైన దుష్ప్రభావాలకు కారణమవుతాయి, అవయవ నష్టంతో సహా, క్యాన్సర్‌కు చాలా బలహీనమైన చికిత్స మరియు తద్వారా రోగులలో మనుగడ రేటు తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ అధ్యయనంలో వివరించిన నానోబోట్‌లు క్షీరదాలలో మొట్టమొదటిగా ఉంటాయి, ఇవి కణితి కణాలను గుర్తించడంలో మరియు వాటి పెరుగుదల మరియు విస్తరణను తగ్గించడంలో చాలా బలంగా మరియు ప్రభావవంతంగా ఉంటాయి. ఈ DNA రోబోటిక్ వ్యవస్థ అనేక రకాల క్యాన్సర్‌లకు ఖచ్చితమైన మరియు లక్ష్య క్యాన్సర్ చికిత్స కోసం ఉపయోగించబడుతుంది, ఎందుకంటే అన్ని ఘన కణితి తినే రక్త నాళాలు తప్పనిసరిగా ఒకే విధంగా ఉంటాయి.

ఈ పరిశోధన భవిష్యత్తులో సాంకేతిక పురోగతిని ఉపయోగించి ఆచరణాత్మక వైద్య పరిష్కారాలను ఆలోచించడం మరియు ప్లాన్ చేయడం ప్రారంభించడానికి మార్గం సుగమం చేసింది. క్యాన్సర్ పరిశోధన యొక్క అంతిమ లక్ష్యం ఘన కణితులను విజయవంతంగా నిర్మూలించడం, ఎటువంటి తీవ్రమైన దుష్ప్రభావాలు మరియు తగ్గిన మెటాస్టాసిస్. ఈ అధ్యయనాన్ని పరిశీలిస్తే, క్యాన్సర్‌ను ఎదుర్కోవటానికి అంతిమ లక్ష్యాన్ని సాధించడానికి ఈ ప్రస్తుత వ్యూహం అనువైనదిగా ఉండే భవిష్యత్తు కోసం మేము అపారమైన ఆశను చూస్తున్నాము. మరియు క్యాన్సర్ మాత్రమే కాకుండా, ఈ వ్యూహాన్ని అనేక ఇతర వ్యాధుల చికిత్స కోసం డ్రగ్ డెలివరీ ప్లాట్‌ఫారమ్‌గా కూడా అభివృద్ధి చేయవచ్చు ఎందుకంటే ఈ విధానం నానోబోట్‌ల నిర్మాణాన్ని సవరించడం మరియు లోడ్ చేయబడిన కార్గోలను మార్చడం. అలాగే, మానవ శరీరం మరియు మెదడు యొక్క సంక్లిష్టతను మరింత అర్థం చేసుకోవడానికి నానోబోట్‌లు మనకు సహాయపడతాయి. ఇది నొప్పిలేకుండా మరియు నాన్-ఇన్వాసివ్ సర్జరీలు చేయడంలో కూడా సహాయపడుతుంది, చాలా క్లిష్టమైన వాటిని కూడా చేయవచ్చు. ఈ సమయంలో ఊహాత్మకంగా, వాటి పరిమాణం కారణంగా నానోబోట్‌లు మెదడు కణాల ద్వారా సర్ఫ్ చేయగలవు మరియు తదుపరి పరిశోధన కోసం అవసరమైన మొత్తం సమాచారాన్ని ఉత్పత్తి చేయగలవు. భవిష్యత్తులో, రెండు దశాబ్దాల తర్వాత, నానోబోట్ యొక్క ఒక్క ఇంజెక్షన్ వ్యాధులను పూర్తిగా నయం చేయగలదని అనుకుందాం.

***

{ఉదహరించబడిన మూలం(ల) జాబితాలో దిగువ ఇవ్వబడిన DOI లింక్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా మీరు అసలు పరిశోధనా పత్రాన్ని చదవవచ్చు}

మూల (లు)

Li S et al 2018. వివోలోని మాలిక్యులర్ ట్రిగ్గర్‌కు ప్రతిస్పందనగా ఒక DNA నానోరోబోట్ క్యాన్సర్ థెరప్యూటిక్‌గా పనిచేస్తుంది. నేచర్ బయోటెక్నాలజీ. https://doi.org/10.1038/nbt.4071