Ein Forschungsteam des Karolinska Institutet in Schweden hat einen DNA-Nanoroboter entwickelt, dessen „Waffen“ nur im Mikromilieu von Tumoren aktiviert werden. In Mäuseexperimenten konnte das Tumorwachstum um 70 % effektiv reduziert werden.
Kehren wir zurück ins Jahr 1966, zum Science-Fiction-Film „Die phantastische Reise“: Ein sowjetischer Wissenschaftler flieht in die USA, nachdem seine Blutgefäße durch Spionage sabotiert wurden und er in Lebensgefahr schwebt. Fünf amerikanische Ärzte werden auf Millionstel ihrer Größe verkleinert, steigen in ein Mini-U-Boot und führen im Körper eine Gefäßoperation durch. 58 Jahre später wird Science-Fiction Realität, und die Krebsbehandlung erhält eine neue Richtung.
Der Kern dieser Forschung ist die Entwicklung eines „tödlichen Schalters“. Die KI-Forschungsgruppe hatte zuvor eine Struktur entwickelt, die sogenannte „Todesrezeptoren“ auf der Zelloberfläche anlagern und so zum Zelltod führen kann. Diese Strukturen bestehen aus sechs Peptiden, die in einem hexagonalen Muster angeordnet sind. Der Kopf des Nanoroboters verfügt über eine Höhlung, in der genau sechs zelltoxische Liganden in einem hexagonalen Muster verborgen sind.
Bildquelle: Das Bild wurde mit KI generiert, Bildrechte: Midjourney
Die Kunst, Nanostrukturen aus DNA als Baumaterial zu bauen, wird als DNA-Origami bezeichnet und ist ein Thema, mit dem sich Högbergs Forschungsteam seit Jahren beschäftigt. Die DNA-Origami-Technik ermöglicht eine präzise Kontrolle der räumlichen Anordnung der Liganden und stellt die optimale Aggregation der Todesrezeptoren sicher, was für die Induktion eines effektiven Zelltodes entscheidend ist.
Wie wird der „tödliche Schalter“ aktiviert? Der Schlüssel liegt im niedrigen pH-Wert oder sauren Mikromilieu, das typischerweise um Krebszellen herum vorhanden ist. Zellanalysen im Reagenzglas zeigten, dass die Peptidwaffen (toxische Liganden) unter normalen physiologischen Bedingungen inaktiv und unschädlich im Nanoroboter verbleiben. Sinkt der pH-Wert jedoch auf 6,5 (typischer pH-Wert in Krebsgewebe), wird der „tödliche Schalter“ ausgelöst, die DNA-Struktur entfaltet sich und die zelltoxischen Liganden werden freigesetzt.
Das Forschungsteam führte Experimente an Mäusen mit humanen Brustkrebstransplantaten durch, um die diagnostische und therapeutische Wirkung des Nanoroboters zu testen. Nach der Injektion des Nanogeräts war das Tumorwachstum im Vergleich zu Mäusen, die ein inaktives Nanogerät erhielten, um 70 % reduziert.
Dieser Durchbruch markiert auch einen Meilenstein für die Nanotechnologie, die in Zukunft weiterhin stark wachsen wird. Diese Technologien könnten uns zu der von Ray Kurzweil vorhergesagten Zukunft führen, in der eine Lebenserwartung von 1000 Jahren kein Traum mehr ist.
Artikeladresse: https://www.nature.com/articles/s41565-024-01676-4