नॅनोरोबॉटिक्स - कर्करोगावर हल्ला करण्याचा एक हुशार आणि लक्ष्यित मार्ग

अलीकडील अभ्यासात, संशोधकांनी विशेषत: कर्करोगावर लक्ष्य ठेवण्यासाठी प्रथमच पूर्णपणे स्वायत्त नॅनोबोटिक प्रणाली विकसित केली आहे.

नॅनोमेडिसिनमधील मोठ्या प्रगतीमध्ये, नॅनोटेक्नॉलॉजी आणि औषधाची जोड देणारे क्षेत्र, संशोधकांनी अत्यंत लहान, रेणू-आकाराचे नॅनोकण (मशीन किंवा रोबोट जे नॅनोमीटर 10-9m च्या सूक्ष्म स्केलच्या जवळ आहेत) वापरून उपचारात्मक उपचारांचे नवीन मार्ग विकसित केले आहेत. लक्ष्य कर्करोगमध्ये प्रकाशित झालेल्या या उल्लेखनीय अभ्यासात निसर्ग बायोटेक्नॉलॉजी.

DNA ओरिगामी नॅनोबोट: जादूचा वाहतूक करणारा

डीएनए ओरिगामी ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये डीएनए नॅनोस्केल स्तरावर दुमडलेला असतो आणि सर्वात लहान स्केलवर सक्रिय संरचना तयार करण्यासाठी वापरला जातो (पेपर फोल्डिंगच्या कलेप्रमाणे ओरिगामी). डीएनए हा माहितीचा एक मोठा साठा आहे आणि त्यामुळे त्यापासून बनवलेल्या संरचना माहिती वाहक म्हणून वापरल्या जाऊ शकतात. या क्षमतेच्या अनुषंगाने, हे डीएनए नॅनोकण (किंवा 'डीएनए नॅनोरोबॉट्स' किंवा 'नॅनोरोबॉट्स' किंवा फक्त 'नॅनोबॉट्स') मानवी शरीरातील विशिष्ट कार्यांसाठी सर्वात लहान प्रमाणात कार्गो हलवू आणि उचलू शकतात आणि त्यामुळे अनेकांसाठी योग्य आहेत. नॅनोरोबोटिक अनुप्रयोग अशा नॅनोबॉटचा आकार मानवी केसांच्या एका स्ट्रँडपेक्षा 1000 पट लहान असतो. नॅनोरोबॉटिक्सचे हे क्षेत्र गेल्या दोन दशकांपासून उत्साहाने भरलेले आहे आणि अनेक तज्ञ डीएनएवर आधारित अशा नॅनोस्केल संरचना विकसित करण्यावर लक्ष केंद्रित करत आहेत जे औषधांमध्ये विशेषतः थेरपी आणि औषध वितरणात क्रांती घडवून आणण्यासाठी सर्व प्रकारच्या आकार आणि आकारांमध्ये स्वतःला दुमडून टाकू शकतात.

नॅनोरोबोट तंत्रज्ञान आता मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात आहे आणि वैद्यकीय इमेजिंग, उपकरणे, सेन्सर्स, ऊर्जा प्रणाली आणि औषध यासारख्या क्षेत्रात आधीच क्रांती घडवून आणली आहे. वैद्यकशास्त्रात, नॅनोबॉट्सचे महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत कारण ते कोणत्याही हानिकारक क्रियाकलापांना व्युत्पन्न करत नाहीत, कोणतेही संभाव्य दुष्परिणाम नाहीत आणि ते शरीरातील कोणत्या साइटवर लक्ष्य करतील आणि त्यावर कार्य करतील हे अगदी विशिष्ट आहेत. नॅनोरोबॉट्सच्या विकासाचा प्रारंभिक खर्च कदाचित जास्त असेल परंतु बॅच प्रक्रियेच्या पारंपारिक पद्धतीने उत्पादन केल्याने खर्च मोठ्या प्रमाणात कमी होतो. पुढे, नॅनोरोबॉट्सचा लहान आकार त्यांना जीवाणू आणि विषाणूंना लक्ष्य करण्यासाठी आदर्श बनवतो. तसेच, एक लहान नॅनोरोबोट शरीरात अगदी सहजपणे टोचता येतो आणि तो रक्तातून (रक्‍ताभिसरण प्रणाली) सहजपणे तरंगतो आणि समस्या शोधून त्यावर उपचार करण्यात मदत करतो. कर्करोगाच्या संशोधनात नॅनोबॉट्सना खूप महत्त्व प्राप्त झाले आहे कारण ते केमोथेरपीचा एक वेदनारहित पर्याय असू शकतात जो अन्यथा खूप तणावपूर्ण असतो आणि रुग्णावर मोठा वैयक्तिक आणि आर्थिक भार टाकतो. केमोथेरपी हा केवळ कर्करोगाच्या उपचारांचा एक कठोर मार्ग नाही, तर कर्करोगाच्या पेशींवर हल्ला करण्याव्यतिरिक्त, या प्रक्रियेचे संपूर्ण शरीरावर अनेक दुष्परिणाम होतात. कर्करोग नावाच्या या जीवघेण्या आजारावर उपचार करण्यासाठी केमोथेरपीचा कोणताही नवा पर्याय अद्याप विज्ञान शोधू शकलेले नाही. नॅनोबॉट्समध्ये अधिक कार्यक्षम, हुशार आणि लक्ष्यित पर्यायी अॅटॅकिंग कॅन्सर बनून येत्या काही वर्षांत ही परिस्थिती बदलण्याची क्षमता आहे.

लक्ष्य कर्करोग

या अलीकडील अभ्यासात, ऍरिझोना स्टेट युनिव्हर्सिटी, यूएसए आणि नॅशनल सेंटर फॉर नॅनो चायनीज अॅकॅडमी ऑफ सायन्सेस, बीजिंगच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाने, संशोधकांनी शरीरातील कोणत्याही निरोगी पेशींना हानी न पोहोचवता - शरीरातील कर्करोगाच्या ट्यूमर सक्रियपणे शोधण्यासाठी आणि अचूकपणे नष्ट करण्यासाठी स्वयंचलित नॅनोबॉट्सची यशस्वीपणे रचना, बांधणी आणि काळजीपूर्वक नियंत्रण केले आहे. ट्यूमर शोधण्यासाठी आणि नष्ट करण्यासाठी एक अतिशय साधी आणि सरळ रणनीती तयार करून आणि वापरून त्यांनी दोन दशकांहून अधिक काळ नॅनो शास्त्रज्ञांना त्रास देत असलेल्या अनेक आव्हानांवर मात केली. डीएनए-आधारित नॅनोबॉट्सचा वापर करून ट्यूमर सेलमध्ये रक्त गोठण्यास प्रवृत्त करून ट्यूमर सेलमधील रक्त पुरवठा विशेषतः बंद करणे हे धोरण होते. त्यामुळे, त्यांनी वरवर सोप्या वाटणाऱ्या गोष्टीचा विचार केला – रक्त गोठवणारे एक प्रमुख एंझाइम (ज्याला थ्रोम्बिन म्हणतात) सपाट, नॅनोस्केल डीएनए ओरिगामी नॅनोबॉटच्या पृष्ठभागावर जोडा. थ्रोम्बिनचे सरासरी चार रेणू च्या सपाट पृष्ठभागावर जोडलेले होते डीएनए 90nm बाय 60nm आकाराची ओरिगामी शीट. हा सपाट पत्रा कागदाच्या शीटप्रमाणे दुमडून नॅनोबॉट्सचा साचा पोकळ नळीच्या आकारात बनवला गेला. या नॅनोबॉट्सना माऊसमध्ये इंजेक्ट करण्यात आले होते (ज्याला ट्यूमरच्या आक्रमक वाढीमुळे प्रेरित केले गेले होते), ते संपूर्ण रक्तप्रवाहात प्रवास करत त्याच्या लक्ष्यापर्यंत पोहोचतात आणि त्यांना बांधतात - ट्यूमर. त्यानंतर, नॅनोबॉटचे कार्गो - एन्झाइम थ्रोम्बिन - वितरित केले जाते ज्यामुळे ट्यूमरचा रक्त प्रवाह रोखला जातो. ट्यूमरच्या वाढीस पोषक असलेल्या रक्तवाहिन्यांमधील रक्त गोठणे, ट्यूमरच्या ऊतींचा नाश किंवा पेशींचा मृत्यू होतो. ही संपूर्ण प्रक्रिया, विशेष म्हणजे अतिशय वेगाने घडते आणि इंजेक्शनच्या काही तासांतच नॅनोबॉट्स ट्यूमरला घेरतात. प्रगत थ्रोम्बोसिसचा पुरावा, सर्व ट्यूमर पेशींमध्ये इंजेक्शनच्या 36 तासांनंतर दिसून आला.

पुढे, लेखकांनी नॅनोबॉटच्या पृष्ठभागावर एक विशेष पेलोड समाविष्ट करण्याची काळजी घेतली (ज्याला डीएनए ऍप्टॅमर म्हणतात) जे विशेषत: न्यूक्लिओलिन नावाच्या प्रोटीनला लक्ष्य करेल, जे फक्त ट्यूमर पेशींच्या पृष्ठभागावर जास्त प्रमाणात बनते, त्यामुळे कमी होते. नॅनोबॉट्सने निरोगी पेशींवर कधीही हल्ला करण्याची शक्यता शून्यावर आणली. या नॅनोबॉट्सने केवळ ट्यूमर पेशी कमी केल्या आणि त्यांचा नाश केला नाही तर मेटास्टॅसिस - दूरच्या ठिकाणी दुय्यम कर्करोगाची वाढ रोखली.

सुरक्षितता आणि परिणामकारकता

लेखकांनी भर दिला की नॅनोबॉट्स सुरक्षित आणि इम्यूनोलॉजिकलदृष्ट्या उंदीर आणि अगदी डुकरांमध्ये वापरण्यासाठी निष्क्रिय आहेत आणि नॅनोबॉट्सच्या वापरामुळे इतरत्र सामान्य रक्त गोठणे किंवा पेशींच्या संरचनेत किंवा ब्रीचिंटो मेंदूमध्ये कोणतेही बदल दिसून आले नाहीत. अशाप्रकारे, त्यांना कोणत्याही संभाव्य अवांछित दुष्परिणामांशिवाय ट्यूमर लक्ष्यित आणि संकुचित करण्यासाठी सुरक्षित आणि प्रभावी म्हणून नियुक्त केले गेले आहे. बहुतेक नॅनोबॉट्स 24 तासांनंतर शरीरातून निकृष्ट आणि साफ होत असल्याचे दिसून आले. जरी नॅनोबॉट्सची रचना 'नॅनोबॉट्सच्या प्रतिकृती' मॉडेलमध्ये केली जाऊ शकते, ज्याच्या काही प्रती बनवल्या जातात आणि इतर नॅनोबॉट्स स्वत: ची निर्मिती केल्यामुळे खर्च कमी ठेवणे समजण्यासारखे आहे, परंतु हे स्पष्ट आहे की असा दृष्टीकोन केवळ विशेष परिस्थितीतच लागू केला जावा. . जोपर्यंत वैद्यक क्षेत्राचा संबंध आहे, कोणत्याही टोकाची परिस्थिती टाळता यावी म्हणून एक फूलप्रूफ किल-स्विच देखील असणे आवश्यक आहे. वैद्यकातील नॅनोबॉट्सचा कोणताही गैरवापर टाळण्यासाठी कायदेशीर अधिकार्‍यांनी नियम तयार करणे आवश्यक आहे, उदाहरणार्थ शस्त्रयुक्त नॅनोबॉट्स. सर्व घटकांचे वजन केले असता, नॅनोबॉट्सची परिणामकारकता आपल्याला अशा टप्प्यावर आणते की त्यांच्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकत नाही आणि त्यांच्या संभाव्य नॅनोबॉट्सकडे पाहणे हे भविष्यात औषधाचा एक आवश्यक घटक असेल.

असाच दृष्टिकोन मानवांवर वापरला जाऊ शकतो कारण लेखकांनी दर्शविले आहे की या प्रणालीची प्राथमिक माउस फुफ्फुसाच्या कर्करोगाच्या मॉडेलवर देखील चाचणी केली गेली होती - जी फुफ्फुसाच्या मानवी क्लिनिकल कोर्सची नक्कल करते कर्करोग रुग्ण- आणि दोन आठवड्यांच्या उपचारानंतर ट्यूमरचे प्रतिगमन दर्शविले. तसेच, हे अभ्यास उंदरांवर केले गेले आणि दोन आठवड्यांच्या आत जनावरांमध्ये स्तन कर्करोग, मेलेनोमा, अंडाशय आणि फुफ्फुसाच्या कर्करोगावर समान प्रभाव दिसून आला. तथापि, समान परिणामांच्या संभाव्यतेची पुष्टी करण्यासाठी हा अभ्यास मानवांमध्ये करणे आवश्यक आहे आणि ते साध्य करण्यासाठी मजबूत क्लिनिकल चाचण्या करणे आवश्यक आहे.

कर्करोगावर हल्ला करण्याचा एक अतिशय स्मार्ट आणि लक्ष्यित मार्ग

कर्करोगाच्या ट्यूमर पेशी आणि सामान्य, निरोगी शरीरातील पेशी यांच्यात काळजीपूर्वक आणि योग्यरित्या फरक करणे हे कर्करोगाच्या उपचारांच्या प्रमुख आव्हानांपैकी एक आहे. ट्यूमर पेशींचा नाश करण्याचा आणि मारण्याचा पारंपारिक दृष्टीकोन – केमोथेरपी आणि रेडिएशन थेरपी – शरीराच्या सामान्य पेशींशी संवाद न साधता ट्यूमर पेशींना निवडकपणे लक्ष्य करण्यात अयशस्वी ठरते. अशाप्रकारे, केमोथेरपी आणि रेडिएशन थेरपीमुळे किरकोळ आणि मोठे दोन्ही गंभीर दुष्परिणाम होतात, ज्यात अवयवांचे नुकसान होते ज्यामुळे कर्करोगाचा उपचार अत्यंत बिघडतो आणि त्यामुळे रुग्णांमध्ये जगण्याचे प्रमाण कमी होते. या अभ्यासात वर्णन केलेले नॅनोबॉट्स हे सस्तन प्राण्यांमधील पहिले प्रकार आहेत जे ट्यूमर पेशी ओळखण्यात आणि त्यांची वाढ आणि प्रसार कमी करण्यात खूप मजबूत आणि प्रभावी आहेत. ही डीएनए रोबोटिक प्रणाली अनेक प्रकारच्या कर्करोगासाठी अचूक आणि लक्ष्यित कर्करोग उपचारांसाठी वापरली जाऊ शकते, कारण सर्व घन ट्यूमर खाद्य रक्तवाहिन्या मूलत: समान असतात.

या संशोधनामुळे भविष्यातील तांत्रिक प्रगतीचा वापर करून व्यावहारिक वैद्यकीय उपायांचा विचार आणि नियोजन करण्याचा मार्ग मोकळा झाला आहे. कर्करोगाच्या संशोधनाचे अंतिम उद्दिष्ट म्हणजे ठोस ट्यूमरचे यशस्वी निर्मूलन, कोणतेही गंभीर दुष्परिणाम आणि कमी मेटास्टॅसिसशिवाय. या अभ्यासाकडे पाहताना, आम्हाला भविष्यासाठी अपार आशा दिसते जिथे ही वर्तमान रणनीती कर्करोगाचा सामना करण्याचे अंतिम ध्येय साध्य करण्यासाठी आदर्श असू शकते. आणि केवळ कॅन्सरच नाही तर इतर अनेक रोगांवर उपचार करण्यासाठी औषध वितरण प्लॅटफॉर्म म्हणून देखील ही रणनीती विकसित केली जाऊ शकते कारण हा दृष्टीकोन फक्त नॅनोबॉट्सच्या संरचनेत बदल करणे आणि लोड केलेल्या कार्गोमध्ये बदल करणे असेल. तसेच, नॅनोबॉट्स आपल्याला मानवी शरीर आणि मेंदूची गुंतागुंत समजून घेण्यास मदत करू शकतात. हे वेदनारहित आणि आक्रमक नसलेल्या शस्त्रक्रिया करण्यात मदत करेल, अगदी क्लिष्ट शस्त्रक्रिया देखील. काल्पनिकदृष्ट्या, या टप्प्यावर, त्यांच्या आकारामुळे नॅनोबॉट्स देखील मेंदूच्या पेशींमधून सर्फ करू शकतात आणि पुढील संशोधनासाठी आवश्यक असलेली सर्व माहिती तयार करू शकतात. भविष्यात, आतापासून दोन दशकांनंतर, नॅनोबॉटचे एक इंजेक्शन रोग पूर्णपणे बरे करण्यास सक्षम असेल.

***

स्त्रोत

Li S et al 2018. Vivo मधील आण्विक ट्रिगरला प्रतिसाद म्हणून एक DNA नॅनोरोबोट कर्करोग उपचार म्हणून कार्य करते. निसर्ग बायोटेक्नॉलॉजी. https://doi.org/10.1038/nbt.4071

***