癌治療用ナノロボットが理論から実践へ

癌治療用ナノロボットが理論から実践へ
ローダ・ウィルソン
2024年5月21日

DNAナノロボットとも呼ばれる癌DNAロボットは、癌細胞を標的として破壊するようにプログラムできるDNAでできた小さな機械である。これらのロボットは、科学者がDNA分子から複雑な形や構造を作り出すことができる「DNA折り紙」と呼ばれる手法を使って作られる。

DNA折り紙ナノロボットは、長いDNA鎖を特定の形に折り畳み、小さな容器を作る。 アプタマーと呼ばれる分子を用いて、特定の細胞タイプを認識することができる。 標的細胞に到達すると、薬剤分子などのペイロードを送達することができる。

「要するに、ロボットが白血球の役割を果たし、問題のある細胞を探し出して破壊するのです」とBBCは2012年に報じている。

BBCは、ハーバード大学ウィス研究所の研究者が行った実験室でのテストを報道していた。

ハーバード大学のDNAナノロボットは貝のようなロボットで、標的である癌細胞に到達し、特定されたときにのみ薬物を放出することができる。

2015年、『ザ・ウィーク』誌もハーバード大学ウィス研究所の研究者たちの研究を報じた。The Week』誌は、この小さなデバイスはDNA鎖で構成され、クラムシェルに似た形状に折りたたまれており、ナノロボットは癌細胞の存在下で開くようにあらかじめプログラムすることができると書いている。 開くと、癌細胞を自己破壊させる抗体を放出する。

ヴィス研究所 2012年2月16日、細胞を標的とし、ペイロードを送達するDNAロボット（6分）

続きを読む：ハーバード大学Wyss研究所の研究者らが、標的治療反応を引き起こすDNAナノロボットを開発、Wyss Institute、2012年2月16日

2023年、テック・タイムズ紙は、米国のニューヨーク大学と中国の寧波市の研究者が、DNAのみでできた自己複製ナノロボットを開発したことを報じた。

温度や紫外線などの外的要因によって制御されるこれらのロボットは、DNAパーツを綿密に掴み、位置決めし、溶接して複雑な構造を作り、ナノ製造への斬新なアプローチを示している。

DNA鎖を操作するナノロボットの能力は、まさにこの技術革新の根底にある。DNAの異なる部分を巧みに整列させ、溶接することで、以前は二次元でしか得られなかった三次元構造を作り出すことができる。

この革新的なアプローチは可能性の世界を広げ、複雑で機能的なナノ・マイクロデバイスの創出を可能にする。

こうしたナノロボットの医療応用は、おそらく最もエキサイティングな展望だろう。侵襲的な手術をすることなく血流をナビゲートし、癌細胞を標的にする能力は、癌治療に革命をもたらす可能性を秘めている。

科学者たちがDNAから作られた自己複製ナノロボットを作成、癌治療を約束、テックタイムズ、2023年12月7日

研究されているすべてのナノロボットが長いDNA鎖を使っているわけではない。 2017年、世界経済フォーラムは、英国のダラム大学の研究者たちが、短いペプチドを付加した分子ナノマシンを開発しているという記事を掲載した。 これらの小さなロボットは、人間の髪の毛の直径に5万個が収まる大きさで、癌との闘いに強力なパンチを与える可能性があると宣伝された。研究者たちはナノボットを使って癌細胞に穴を開け、わずか60秒で死滅させた。

光によって活性化されると、ナノボットのロータのような原子の連鎖が驚異的な速度で回転し始める。これによりナノボットはがん細胞に穴を開け、がん細胞を爆破する。

この研究はまだ初期段階だが、研究者たちは新しいタイプのガン治療につながる可能性があると楽観視している。

研究者たちは現在、齧歯類に移る前に、微生物と小魚で実験を行っている。ヒトでの臨床試験はその後になる予定である。

これらの小さなロボットは癌細胞を殺すことができる、世界経済フォーラム、2017年9月14日

以下のビデオでは、ライス大学、ダーラム大学、ノースカロライナ州立大学の研究者たちが、光によって駆動する分子ナノマシンが、個々の細胞の膜に穴を開けるためにどのように使われたかを実験室で実証している。

ライス大学 ライス大学のナノマシンが薬剤を送達し、病変細胞を破壊するために構築された 2017年8月30日（3分）

しかし、2023年7月、『Journal of Haematology & Oncology』誌に掲載された論文では、癌治療におけるナノボットの最近の進歩がレビューされ、分析されている。 多くの実験がin vivo、つまり生体内で行われているが、臨床の場では限界があると警告している。

この研究では、磁気推進力を用いた半天然ナノロボット、超音波駆動ナノロボット、生物学的駆動ナノロボットなど、さまざまな動力源を用いたナノロボットについてレビューしている。 ナノロボットによるがん診断と標的治療」と題されたセクションで、この論文はDNA折り紙を含む様々なDNAナノロボットのデザインをレビューしている。

以下は、この論文の「要旨」と「展望と結論」から抜粋したものである。

ナノロボットは、ナノメディカルの最も有望な応用の一つとして、学際的研究の最前線にある。ナノテクノロジーの進歩に伴い、ナノボットは機能的な分子／ナノサイズの機械の組み立てと展開を可能にし、癌診断や治療への活用が進んでいる。近年、ナノロボットの癌治療への様々な実用化は、理論から実践へ、in vitro実験からin vivo[実験的]応用へと移行しています。

異なる抗癌領域における複数の目的のための統合プラットフォームとしてナノロボットを使用することは、近い将来実現されるだろうと考えています...実験的ナノロボット／ナノサブマリンの臨床分野への移行は、腫瘍生物学の複雑さと不均一性、ナノ材料と生物学の相互作用に関する包括的な理解の欠如、ナノロボット／ナノサブマリンのスケーラブルな合成・大量生産技術の不在によって制限されています

トロンビン送達のためのDNA折り紙の形態でのDNAナノテクノロジーの利用は、精密薬物送達の可能性を浮き彫りにしているが、免疫原性、in vivoでの代謝挙動、大規模生産などの実質的な課題は、臨床導入前に克服されなければならない。

Kong, X., Gao, P., Wang, J. et al. 将来のがん治療のための医療用ナノロボットの進歩。J Haematol Oncol 16, 74 (2023). https://doi.org/10.1186/s13045-023-01463-z

ナノボット注射が選択肢になったら、あなたはサイボーグになる第一歩を自ら進んで踏み出すだろうか？

砂の中に頭を埋めて、これはすべて「陰謀論」に過ぎないと信じたい人のために、以下はさらなる読み物である：

⚫︎ DNA折り紙ナノロボットががん細胞に直接薬剤を投与、『ニューサイエンテイスト』誌、2012年2月16日号
⚫︎ わずか60秒でがん細胞を死滅させるナノマシンを科学者が開発、テレグラフ紙、2017年8月31日
⚫︎ DNAナノロボットが生体内で分子トリガーに反応して癌治療薬として機能、Nature Biotechnology、2018年2月12日
⚫︎ 癌腫瘍を死滅させるためにDNAナノロボットを使用した研究、USA Today、2018年2月13日
⚫︎ DNAナノボット-腫瘍学における新たなカスタマイズ・ナノメディシン, Bentham Science, 14 June 2022
⚫︎ 2030年までにナノボットが体内を流れるようになる、Interesting Engineering、2023年4月3日

画像はイメージ： DNA折り紙ナノロボット。 出典：Inverse インバース

スペイン語訳：
Los nanorobots para tratar el cáncer pasan de la teoría a la práctica
POR RHODA WILSON
EL 21 DE MAYO DE 2024

Los robots de ADN contra el cáncer, también conocidos como nanorobots de ADN, son diminutas máquinas hechas de ADN que pueden programarse para atacar y destruir células cancerosas. Estos robots se construyen utilizando un método llamado "origami de ADN", una técnica que permite a los científicos crear formas y estructuras complejas a partir de moléculas de ADN.

Los nanorobots de origami de ADN utilizan largas cadenas de ADN que se pliegan en formas específicas, creando diminutos contenedores.  Pueden reconocer tipos específicos de células mediante unas moléculas llamadas aptámeros.  Una vez que alcanzan las células diana, pueden transportar cargas útiles, como moléculas de fármacos.

"En esencia, el método utiliza una serie de estrategias de nuestro sistema inmunitario, en el que los robots desempeñan el papel de glóbulos blancos que persiguen a las células problemáticas y las destruyen", informó la BBC en 2012.

La BBC informaba sobre pruebas de laboratorio realizadas por investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.

El nanorobot de ADN de Harvard es un robot parecido a una almeja que puede liberar su carga farmacológica solo cuando alcanza e identifica su objetivo, las células cancerosas.

En 2015, The Week también informó sobre el trabajo de los investigadores del Instituto Wyss de Harvard. Los diminutos dispositivos se construyeron a partir de hebras de ADN y se plegaron en una forma parecida a una concha de almeja, escribió The Week, señalando que los nanorobots pueden preprogramarse para abrirse en presencia de células cancerosas.  Cuando se abren, liberan anticuerpos que provocan la autodestrucción de las células cancerosas.


Instituto Wyss: A cell-targeting, payload-delivering DNA robot, 16 de febrero de 2012 (6 mins)
Más información: Investigadores del Instituto Wyss de Harvard desarrollan un nanorobot de ADN para desencadenar respuestas terapéuticas selectivas, Instituto Wyss, 16 de febrero de 2012.

En 2023, Tech Times informaba de que investigadores de la Universidad de Nueva York (EE.UU.) y Ningbo (China) habían creado nanorobots autorreplicantes totalmente hechos de ADN.

Estos robots, controlados por factores externos como la temperatura y la luz ultravioleta, agarran, colocan y sueldan meticulosamente piezas de ADN para fabricar estructuras complejas, lo que demuestra un novedoso enfoque de la nanofabricación.

La capacidad de los nanorobots para manipular cadenas de ADN es la raíz misma de esta innovación. Alinean y sueldan con pericia distintas partes del ADN, lo que permite crear estructuras tridimensionales que antes sólo estaban disponibles en dos dimensiones.

Este enfoque innovador abre un mundo de posibilidades, permitiendo la creación de nano y microdispositivos intrincados y funcionales.

Las aplicaciones médicas de estos nanorobots son quizá las más interesantes. La capacidad de navegar por el torrente sanguíneo y dirigirse a las células cancerosas sin cirugías invasivas puede revolucionar el tratamiento del cáncer.

Scientists Create Self-Replicating Nanorobots Made from DNA, Promises Cancer Cure, Tech Times, 7 de diciembre de 2023.
No todos los nanorobots que se investigan utilizan largas cadenas de ADN.  En 2017, el Foro Económico Mundial publicó un artículo sobre investigadores de la Universidad de Durham, en el Reino Unido, que desarrollaban nanomáquinas moleculares con complementos peptídicos cortos.  Estos minúsculos robots -50.000 de ellos cabrían en el diámetro de un cabello humano- tenían el potencial de dar un poderoso golpe en la lucha contra el cáncer. Los investigadores utilizaron nanobots para perforar las células cancerosas y destruirlas en sólo 60 segundos.

Cuando se activan con la luz, la cadena de átomos de los nanobots empieza a girar a una velocidad increíble: entre dos y tres millones de veces por segundo. De este modo, el nanobot perfora la célula cancerosa y la destruye.

El estudio está aún en sus primeras fases, pero los investigadores son optimistas y creen que puede conducir a nuevos tipos de tratamiento del cáncer.

Ahora están experimentando con microorganismos y peces pequeños, antes de pasar a los roedores. Se espera que a continuación se realicen ensayos clínicos en humanos.

Estos diminutos robots pueden matar células cancerosas, Foro Económico Mundial, 14 de septiembre de 2017.
En el siguiente vídeo, investigadores de las universidades de Rice, Durham y Estatal de Carolina del Norte demostraron en pruebas de laboratorio cómo las nanomáquinas moleculares impulsadas por luz se han utilizado para perforar agujeros en las membranas de células individuales.


Universidad Rice: Nanomáquinas de la Universidad Rice construidas para administrar fármacos y destruir células enfermas, 30 de agosto de 2017 (3 mins).
Sin embargo, en julio de 2023, un artículo publicado en la revista Journal of Haematology & Oncology revisaba y analizaba los recientes avances de los nanobots en los tratamientos contra el cáncer.  Aunque muchos experimentos se están llevando a cabo in vivo, o en organismos vivos, advierte de sus limitaciones en el ámbito clínico.

El estudio repasaba nanorobots que utilizan diversas fuentes de energía, como nanorobots seminaturales que emplean propulsión magnética, nanorobots accionados por ultrasonidos y nanorobots accionados biológicamente.  En la sección titulada "Diagnóstico del cáncer y terapias dirigidas asistidas por nanorobots", el artículo repasa varios diseños de nanorobots de ADN, incluido el origami de ADN.

Lo que sigue se ha extraído de las secciones "Resumen" y "Perspectivas y conclusiones" del artículo.

Los nanorobots, una de las aplicaciones más prometedoras de la nanomedicina, están en la vanguardia de la investigación multidisciplinar. Con el progreso de la nanotecnología, los nanobots permiten ensamblar y desplegar máquinas moleculares/nanoscópicas funcionales y se utilizan cada vez más en el diagnóstico y el tratamiento terapéutico del cáncer. En los últimos años, diversas aplicaciones prácticas de los nanobots para el tratamiento del cáncer han pasado de la teoría a la práctica, de los experimentos in vitro a las aplicaciones [experimentales] in vivo.

Creemos que el uso de nanorobots como plataforma integrada para múltiples objetivos en diferentes ámbitos anticancerígenos pronto se hará realidad en el futuro... La traslación de los nanorobots/nanosubmarinos experimentales al ámbito clínico se ve limitada por la complejidad y heterogeneidad de la biología tumoral, la falta de una comprensión exhaustiva de las interacciones entre nanomateriales y biología, y la ausencia de tecnologías escalables de síntesis y producción masiva de nanorobots/nanosubmarinos.

La utilización de la nanotecnología del ADN en forma de origami de ADN para la administración de trombina pone de relieve el potencial de la administración de fármacos de precisión, aunque antes de su aplicación clínica deben superarse retos sustanciales como la inmunogenicidad, el comportamiento metabólico in vivo y la producción a gran escala.

Kong, X., Gao, P., Wang, J. et al. Avances de los nanorobots médicos para futuros tratamientos contra el cáncer. J Haematol Oncol 16, 74 (2023). https://doi.org/10.1186/s13045-023-01463-z
Si la inyección de nanobots se convierte en una opción, ¿te presentarías voluntario para dar los primeros pasos para convertirte en un cíborg?

Para aquellos que quieran enterrar la cabeza en la arena y creer que todo esto no es más que una "teoría de la conspiración", a continuación les ofrecemos más información:

DNA origami nanorobot takes drug direct to cancer cell, New Scientist, 16 de febrero de 2012.
Nanomáquinas que perforan las células cancerosas matándolas en solo 60 segundos desarrolladas por científicos, The Telegraph, 31 de agosto de 2017
Un nanorobot de ADN funciona como terapéutico contra el cáncer en respuesta a un desencadenante molecular in vivo, Nature Biotechnology, 12 de febrero de 2018
El estudio utilizó nanorobots de ADN para eliminar tumores cancerosos, USA Today, 13 de febrero de 2018
Nanobots de ADN: nanomedicina personalizada emergente en oncología, Bentham Science, 14 de junio de 2022
Los nanobots fluirán por tu cuerpo en 2030, Interesting Engineering, 3 de abril de 2023

Imagen destacada: Nanorobot de origami de ADN.  Fuente: Inverse

原文：
Nanorobots for treating cancer have moved from theory to practise
BY RHODA WILSON
ON MAY 21, 2024

Cancer DNA robots, also known as DNA nanorobots, are tiny machines made of DNA that can be programmed to target and destroy cancer cells. These robots are constructed using a method called “DNA origami,” a technique that allows scientists to create complex shapes and structures from DNA molecules.

DNA origami nanorobots use long DNA chains that are folded into specific shapes, creating tiny containers.  They can recognise specific cell types using molecules called aptamers.  Once they reach their target cells, they can deliver payloads such as drug molecules.

“In essence, the approach co-opts a number of strategies of our immune systems, with the robots playing the role of white blood cells that hunt down problematic cells and destroy them,” the BBC reported in 2012.

The BBC was reporting on laboratory tests that had been conducted by researchers at the Wyss Institute at Harvard University.

Harvard’s DNA nanorobot is a clam-like bot that can release its drug payload only when it reaches and identifies its target, cancer cells.

In 2015, The Week also reported on the work of the researchers at Harvard’s Wyss Institute. The tiny devices were constructed out of DNA strands and folded into a shape resembling a clamshell, The Week wrote, noting that the nanorobots can be pre-programmed to open up in the presence of cancerous cells.  When they open, they release antibodies that cause the cancer cells to self-destruct.


Wyss Institute: A cell-targeting, payload-delivering DNA robot, 16 February 2012 (6 mins)
Read more: Researchers at Harvard’s Wyss Institute Develop DNA Nanorobot to Trigger Targeted Therapeutic Responses, Wyss Institute, 16 February 2012

In 2023, Tech Times reported on researchers from New York University, USA, and Ningbo, China, who had created self-replicating nanorobots entirely made of DNA.

These robots, which are controlled by external factors such as temperature and ultraviolet light, meticulously grab, position, and weld DNA parts to fabricate complex structures, demonstrating a novel approach to nanomanufacturing.

The ability of nanorobots to manipulate DNA strands is at the very root of this innovation. They expertly align and weld together different parts of DNA, allowing the creation of three-dimensional structures that were previously only available in two dimensions.

This innovative approach opens up a world of possibilities, allowing for the creation of intricate and functional nano- and microdevices.

The medical applications of these nanorobots are perhaps the most exciting prospect. The ability to navigate the bloodstream and target cancer cells without invasive surgeries has the potential to revolutionise cancer treatment.

Scientists Create Self-Replicating Nanorobots Made from DNA, Promises Cancer Cure, Tech Times, 7 December 2023
Not all nanorobots being researched use long DNA chains.  In 2017, the World Economic Forum published an article about researchers at Durham University in the UK developing molecular nanomachines with short peptide addends.  These tiny robots – 50,000 of them would fit across the diameter of a human hair – were touted to have the potential to pack a mighty punch in the fight against cancer. The researchers used nanobots to drill into cancer cells, killing them in just 60 seconds.

When activated by light, the nanobots’ rota-like chain of atoms begins to spin at an incredible rate – around two to three million times per second. This causes the nanobot to drill into the cancer cell, blasting it open.

The study is still in its early stages, but researchers are optimistic it has the potential to lead to new types of cancer treatment.

They are now experimenting on micro-organisms and small fish, before moving on to rodents. Clinical trials in humans are expected to follow.

These tiny robots can kill cancer cells, World Economic Forum, 14 September 2017
In the video below, researchers at Rice, Durham and North Carolina State Universities demonstrated in laboratory tests how the molecular nanomachines driven by light have been used to drill holes in the membranes of individual cells.


Rice University: Rice University nanomachines constructed to deliver drugs, destroy diseased cells, 30 August 2017 (3 mins)
However, in July 2023, a paper published in the Journal of Haematology & Oncology reviewed and analysed the recent advancements of nanobots in cancer treatments.  While many experiments are being conducted in vivo, or in living organisms, it warns of their limitations in clinical settings.

The study reviewed nanorobots that use various power sources such as semi-natural nanorobots using magnetic propulsion, ultrasound-driven nanorobots and biologically-driven nanorobots.  Under the section titled ‘Nanorobot-assisted cancer diagnosis and targeted therapies’ the paper reviews various DNA nanorobot designs including DNA origami.

The following is extracted from the ‘Abstract’ and the ‘Perspectives and conclusions’ sections of the paper.

Nanobots, as one of the most promising applications of nanomedicines, are at the forefront of multidisciplinary research. With the progress of nanotechnology, nanobots enable the assembly and deployment of functional molecular/nanosized machines and are increasingly being utilised in cancer diagnosis and therapeutic treatment. In recent years, various practical applications of nanobots for cancer treatments have transitioned from theory to practice, from in vitro experiments to in vivo [experimental] applications.

We believe that using nanorobots as an integrated platform for multiple aims in different anticancer domains will soon be realised in the future … The translation of experimental nanorobots/nanosubmarines into the clinical arena is limited by the complexity and heterogeneity of tumour biology, the lack of comprehensive understanding of nanomaterials-biology interactions, and the absence of scalable synthesis and mass production technologies for nanorobots/nanosubmarines

The utilisation of DNA nanotechnology in the form of DNA origami for thrombin delivery highlights the potential of precision drug delivery, yet substantial challenges such as immunogenicity, in vivo metabolic behaviour, and large-scale production must be overcome before clinical implementation.

Kong, X., Gao, P., Wang, J. et al. Advances of medical nanorobots for future cancer treatments. J Haematol Oncol 16, 74 (2023). https://doi.org/10.1186/s13045-023-01463-z
If nanobot injection becomes an option, will you volunteer to take the first steps to become a cyborg?

For those who would like to bury their heads in the sand and believe this is all just a “conspiracy theory,” below is some further reading:

DNA origami nanorobot takes drug direct to cancer cell, New Scientist, 16 February 2012
Nanomachines that drill into cancer cells killing them in just 60 seconds developed by scientists, The Telegraph, 31 August 2017
A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo, Nature Biotechnology, 12 February 2018
The study used DNA nanorobots to kill cancerous tumours, USA Today, 13 February 2018
DNA Nanobots – Emerging Customised Nanomedicine in Oncology, Bentham Science, 14 June 2022
Nanobots Will Be Flowing Through Your Body by 2030, Interesting Engineering, 3 April 2023

Featured image: DNA origami nanorobot.  Source: Inverse