Det är en välkänd trope inom science fiction:I fiendens territorium, aktivera din cloaking -enhet. Och verkliga virus använder liknande taktik för att göra sig osynliga för immunsystemet. Nu har forskare vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering efterliknat dessa virala taktiker för att bygga de första DNA -nanodelenheter som överlever kroppens immunförsvar.

Resultaten banar väg för smarta DNA -nanoroboter som kan använda logik för att diagnostisera cancer tidigare och mer exakt än vad läkare kan idag; rikta läkemedel mot tumörer, eller till och med tillverka läkemedel på plats för att lindra cancer, forskarna rapporterar i online -numret av den 22 april ACS Nano .

"Vi efterliknar virusfunktionalitet för att så småningom bygga terapier som specifikt riktar sig till celler, "sade Wyss Institute Core Fakultetsmedlem William Shih, Ph.D., tidningens författare. Shih är också docent i biologisk kemi och molekylär farmakologi vid Harvard Medical School och docent i cancerbiologi vid Dana-Farber Cancer Institute.

Samma tillslagsstrategi kan också användas för att göra artificiella mikroskopiska behållare som kallas protoceller som kan fungera som biosensorer för att upptäcka patogener i livsmedel eller giftiga kemikalier i dricksvatten.

DNA är välkänt för att bära genetisk information, men Shih och andra bioingenjörer använder det istället som byggmaterial. Att göra detta, de använder DNA -origami - en metod som Shih hjälpte till att sträcka sig från 2D till 3D. I denna metod, forskare tar en lång DNA -sträng och programmerar det att fälla till specifika former, ungefär som ett enda pappersark viks för att skapa olika former i den traditionella japanska konsten.

Shihs team samlar dessa former för att bygga DNA -nanoskala -enheter som en dag kan vara lika komplexa som det molekylära maskineriet som finns i celler. Till exempel, de utvecklar metoder för att bygga DNA till små robotar som känner sin miljö, beräkna hur man svarar, utför sedan en användbar uppgift, såsom att utföra en kemisk reaktion eller generera mekanisk kraft eller rörelse.

Sådana DNA -nanoroboter kan själva låta som science fiction, men de finns redan. År 2012 rapporterade forskare från Wyss Institute i Science att de hade byggt en nanorobot som använder logik för att upptäcka en målcell, avslöjar sedan en antikropp som aktiverar en "självmordsbrytare" i leukemi eller lymfomceller.

För en DNA -nanodev för att framgångsrikt diagnostisera eller behandla sjukdomar, den måste överleva kroppens försvar tillräckligt länge för att göra sitt jobb. Men i sin nuvarande studie upptäckte Shihs team att DNA -nanodevices som injiceras i blodet hos möss snabbt smälts.

"Det fick oss att fråga, "Hur kan vi skydda våra partiklar från att tuggas upp?", Sade Shih.

Naturen inspirerade till lösningen. Forskarna utformade sina nanodepparater för att efterlikna en typ av virus som skyddar dess genom genom att omsluta det i ett fast proteinhölje, lägg sedan på en oljig beläggning som är identisk med den i membran som omger levande celler. Den beläggningen, eller kuvert, innehåller ett dubbelskikt (tvåskikt) fosfolipid som hjälper virusen att undvika immunsystemet och levererar dem till cellens inre.

"Vi misstänkte att ett virusliknande hölje runt våra partiklar kunde lösa vårt problem, "Sa Shih.

För att belägga DNA -nanodepparater med fosfolipid, Steve Perrault, Ph.D., en Wyss Institute Technology Development fellow i Shihs grupp och tidningens huvudförfattare, först vikt DNA till en oktaedron i storlek. Sedan, han utnyttjade precisionsdesignfunktionerna för DNA-nanoteknik, bygga i handtag för att hänga lipider, som i sin tur styrde sammansättningen av ett enda tvåskiktsmembran som omger oktahedronen.

Under ett elektronmikroskop, de belagda nanodelenheterna liknade mycket ett kuvertvirus.

Perrault visade sedan att de nya nanodelenheterna överlevde i kroppen, genom att ladda dem med fluorescerande färgämne, injicera dem i möss, och med hjälp av helkroppsavbildning för att se vilka delar av musen som lyser.

Bara urinblåsan glödde hos möss som fick obestrukna nanodatorer, vilket innebar att djuren bröt ner dem snabbt och var redo att utsöndra innehållet. Men djurens hela kropp glödde i timmar när de fick den nya, belagda nanotillbehör. Detta visade att nanodelenheter fanns kvar i blodomloppet så länge effektiva läkemedel gör.

De belagda enheterna undviker också immunsystemet. Nivåerna av två immunaktiverande molekyler var minst 100 gånger lägre hos möss som behandlats med belagda nanotillbehör i motsats till obestrukna nanodatorer.

I framtiden, täckta nanoroboter kan aktivera immunsystemet för att bekämpa cancer eller undertrycka immunsystemet för att hjälpa transplanterad vävnad att bli etablerad.

"Att aktivera immunsvaret kan vara användbart kliniskt eller något att undvika, "Perrault sa." Huvudpunkten är att vi kan kontrollera det. "

"Patienter med cancer och andra sjukdomar skulle ha enorm nytta av exakt, verktyg i molekylär skala för att samtidigt diagnostisera och behandla sjuka vävnader, och att göra DNA -nanopartiklar sist i kroppen är ett stort steg i den riktningen, "sade Wyss Institute grundande direktör Don Ingber, M.D., Ph.D.