Dalam kemajuan besar pada bidang nano, ilmuwan Arizona State University, bekerja sama dengan para periset dari National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) dari Akademi Ilmu Pengetahuan China, telah berhasil memprogram nanorobot untuk mengecilkan tumor dengan memotong suplai darahnya.
“Kami telah mengembangkan sistem robot DNA mandiri yang sepenuhnya otonom untuk merancang obat yang sangat tepat dan terapi kanker yang ditargetkan,” kata Hao Yan, direktur Pusat Desain Molekuler dan Biomimetik ASU Biodesign Institute dan Profesor Milton Glick di Sekolah Molekuler Ilmu Pengetahuan.
“Apalagi teknologi ini adalah strategi yang bisa digunakan untuk berbagai jenis kanker, karena semua pembuluh darah pembawa tumor padat pada dasarnya sama,” kata Yan.
Demonstrasi teknologi yang sukses, penelitian pertama tentang mamalia yang menggunakan model tikus kanker payudara, melanoma, ovarium dan paru-paru, dipublikasikan di jurnal Nature Biotechnology.
Mencari dan menghancurkan
Yan adalah seorang ahli di bidang origami DNA, yang dalam dua dekade terakhir telah mengembangkan manufaktur skala atom untuk membangun struktur yang lebih dan lebih kompleks.
Bahan-bahan untuk membangun struktur mereka berasal dari DNA, yang dapat melipatgandakan diri menjadi berbagai bentuk dan ukuran – semuanya dalam skala 1.000 kali lebih kecil dari helai rambut manusia – dengan harapan suatu hari merevolusi komputasi, elektronik dan kedokteran. .
Suatu hari mungkin akan datang sedikit lebih cepat dari yang diantisipasi.
Nanomedicine adalah cabang pengobatan baru yang berusaha menggabungkan peluang nanoteknologi untuk membuka jalan baru bagi perawatan, seperti membuat nanopartikel berukuran molekul kecil untuk mendiagnosis dan mengobati penyakit yang sulit, terutama kanker.
Sampai sekarang, tantangan untuk memajukan nanomedicine telah sulit karena para ilmuwan ingin merancang, membangun dan mengendalikan nanorobot dengan hati-hati untuk secara aktif mencari dan menghancurkan kanker tumor – walaupun tidak membahayakan sel sehat.
Tim peneliti internasional mengatasi masalah ini dengan menggunakan strategi yang tampaknya sederhana untuk secara selektif mencari dan membuat tumor kelaparan –dengan merampas makanannya / suplai darah.
Pekerjaan ini dimulai sekitar lima tahun yang lalu. Peneliti NCNST pertama-tama ingin secara khusus memotong suplai darah tumor dengan menginduksi pembekuan darah dengan profil kemanjuran dan keamanan terapeutik yang tinggi pada beberapa tumor padat dengan menggunakan nanokariri berbasis DNA. Keahlian Yan telah mengupgrade desain nano menjadi sistem robot yang sepenuhnya diprogram, mampu menjalankan misinya sepenuhnya dengan sendirinya.
“Nanorobot ini dapat diprogram untuk mengangkut muatan molekuler dan menyebabkan penyumbatan pasokan darah di tempat tumor, yang dapat menyebabkan kematian jaringan dan mengecilkan tumor,” kata Baoquan Ding, seorang profesor di NCNST di Beijing.
Nanobot untuk menyelamatkan
Untuk melakukan penelitian mereka, para ilmuwan mengambil keuntungan dari model tumor tikus yang terkenal, di mana sel kanker manusia disuntikkan ke dalam tikus untuk menginduksi pertumbuhan tumor yang agresif.
Begitu tumor itu tumbuh, nanorobot dikerahkan untuk menyelamatkannya.
Setiap nanorobot dibuat dari sebuah plat, lembaran persegi origami DNA, dengan ukuran 90 x 60 nanometer. Enzim utama penggumpalan darah, yang disebut trombin, melekat pada permukaannya.
Trombin dapat memblokir aliran darah tumor dengan cara menggumpalkan darah di dalam pembuluh darah yang memberi makan pertumbuhan tumor, menyebabkan semacam serangan jantung mini pada tumor sehingga mengajibatkan kematian pada jaringan tumor.
Pertama, empat molekul rata-rata trombin ditempelkan pada perancah plat DNA. Selanjutnya, lembaran datar tersebut melipat dirinya sendiri seperti selembar kertas membentuk lingkaran untuk membuat tabung berongga.
[credit: ASU Biodesign Institute]
Kemudian, disuntikkan melalui infus ke dalam tubuh tikus dan mengalir melalui aliran darah, untuk menerobos masuk ke tumor.
Kunci untuk memprogram sebuah nanorobot yang hanya menyerang sel kanker adalah memasukkan muatan khusus ke permukaannya, yang disebut aptamer DNA.
Aptamer DNA secara khusus dapat menargetkan protein, yang disebut nukleolin, yang dibuat dalam jumlah tinggi hanya di permukaan sel endotel tumor – dan tidak ditemukan di permukaan sel sehat.
