Forskare vid Columbia University Medical Center, som arbetar med sina medarbetare på Hospital for Special Surgery, har skapat en flotta av molekylära "robotar" som kan ta sig an specifika mänskliga celler och markera dem för läkemedelsbehandling eller förstörelse.

Nanorobotarna - en samling DNA -molekyler, några fästa vid antikroppar - var utformade för att söka efter en specifik uppsättning mänskliga blodkroppar och fästa en fluorescerande etikett på cellytorna. Detaljer om systemet publicerades 28 juli, 2013, i onlineutgåvan av Naturnanoteknik .

"Detta öppnar möjligheten att använda sådana molekyler för att rikta in sig på, behandla, eller döda specifika celler utan att påverka liknande friska celler, "sa studiens högre utredare, Milan Stojanovic, Doktorsexamen, docent i medicin och biomedicinsk teknik vid Columbia University Medical Center. "I vårt experiment, vi märkte cellerna med en fluorescerande markör; men vi kan ersätta det med ett läkemedel eller ett toxin för att döda cellen. "

Även om andra DNA -nanoroboter har utformats för att leverera läkemedel till celler, Fördelen med Stojanovics flotta är dess förmåga att skilja cellpopulationer som inte har ett enda särdrag.

Celler, inklusive cancerceller, har sällan en enda, exklusiv funktion som skiljer dem från alla andra celler. Detta gör det svårt att designa läkemedel utan biverkningar. Läkemedel kan utformas för att rikta cancerceller med en specifik receptor, men friska celler med samma receptor kommer också att riktas.

Det enda sättet att rikta celler mer exakt är att identifiera celler baserat på en samling funktioner. "Om vi ​​letar efter närvaron av fem, sex, eller fler proteiner på cellytan, vi kan vara mer selektiva, "Dr Stojanovic sa. Stora cellsorteringsmaskiner har förmågan att identifiera celler baserade på flera proteiner, men tills nu, molekylärterapi har inte haft den förmågan.

Hur det fungerar

Istället för att bygga en enda komplex molekyl för att identifiera flera funktioner på en cellyta, Dr Stojanovic och hans kollegor i Columbia använde en annan, och möjligen lättare, tillvägagångssätt baserat på flera enkla molekyler, som tillsammans bildar en robot (eller automat, som författarna föredrar att kalla det).

För att identifiera en cell som har tre specifika ytproteiner, Dr Stojanovic konstruerade först tre olika komponenter för molekylära robotar. Varje komponent bestod av en bit dubbelsträngat DNA fäst vid en antikropp specifik för ett av ytproteinerna. När dessa komponenter läggs till i en samling celler, robotens antikroppsdelar binder till sina respektive proteiner (i figuren, CD45, CD3, och CD8) och samarbeta.

På celler där alla tre komponenterna är fästa, en robot är funktionell och en fjärde komponent (märkt 0 nedan) initierar en kedjereaktion mellan DNA -strängarna. Varje komponent byter en DNA -sträng med en annan, till slutet av bytet, när den sista antikroppen erhåller en DNA -sträng som är fluorescerande märkt.

I slutet av kedjereaktionen - som tar mindre än 15 minuter i ett prov av mänskligt blod - är endast celler med de tre ytproteinerna märkta med fluorescerande markör.

"Vi har visat vårt koncept med blodceller eftersom deras ytproteiner är välkända, men i princip skulle våra molekyler kunna distribueras var som helst i kroppen, "Dr Stojanovic sa. Dessutom, systemet kan utökas för att identifiera fyra, fem, eller ännu fler ytproteiner.

Nu måste forskarna visa att deras molekylära robotar arbetar i ett levande djur; nästa steg blir experiment på möss.