ДНК-оригами позволило «лечить» тараканов математическими мыслями

Израильские ученые разработали нанороботов из ДНК, которые позволяют управлять доставкой лекарств силой мысли. В ходе эксперимента мозговая активность людей-добровольцев успешно высвободила флуоресцирующий препарат в организм тараканов. Методика предназначена для помощи пациентам с психическими заболеваниями. Результаты работы опубликованы в журнале PLOS One.

В настоящее время существует ряд экспериментальных и практических технологий, которые позволяют доставлять лекарства непосредственно к их мишени, не затрагивая остальной организм. Высвобождение препарата точно в то время, когда он необходим, — более сложная задача, и значимых успехов в этом направлении до сих пор достигнуто не было.

Чтобы решить эту задачу, сотрудники Междисциплинарного центра в Герцлии и Университета Бар-Илана в Рамат-Гане создали нанороботов методом ДНК-оригами. Эта методика позволяет создавать трехмерные емкости, которые можно наполнить каким-либо препаратом. На поверхности они несут антитела для распознавания рецепторов клеток-мишеней. Ученые закрыли нанороботов замком из комплементарных последовательностей нуклеотидов с частицами оксида железа. Эти частицы открывают и закрывают замок под действием внешнего магнитного поля. В свою очередь, магнитное поле включается программным алгоритмом SLACC, обученным реагировать на определенный тип активности мозга, который регистрируется с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ).

В ходе проверки работоспособности методики ученые обучили алгоритм реагировать на мозговую активность, возникающуе при решении арифметических задач. Затем они ввели нанороботов с флуоресцирующим веществом, нацеленных на клетки гемолимфы, дисковидным тараканам Blaberus discoidalis и поместили насекомых в спираль, генерирующую магнитное поле. Эта спираль включалась алгоритмом, который обрабатывал сигналы от датчиков ЭЭГ, закрепленных на голове людей. Когда добровольцы начинали производить в уме арифметические вычисления, спираль генерировала магнитное поле, открывающее замки нанороботов. Последующий анализ гемолимфы показал, что управляемые мыслью нанороботы успешно доставили в клетки препарат.

Исследователи отмечают, что технология пока находится на ранних стадиях разработки, и описываемый эксперимент служил лишь подтверждением концепции. По их словам, при подготовке устройств к клиническому применению можно будет обучать алгоритм распознавать мозговую активность, свидетельствующую о наступлении патологического состояния, например, острого приступа шизофрении. При этом нанороботы в нужный момент выделят в мозг дозу антипсихотического препарата. Портативным генератором магнитного поля, по мнению ученых, могут служить умные часы. Также предстоит модифицировать беспроводной датчик ЭЭГ, уменьшив его до размеров слухового аппарата.

Методика изначально предназначена для помощи пациентам с шизофренией, депрессией, синдромом гиперактивности и другими трудноизлечимыми психическими заболеваниями. По словам разработчика Шакера Арнона (Shachar Arnon), область ее применения может быть шире, поскольку алгоритм можно обучить реагировать практически на любые стимулы, в том числе на какую-либо комбинацию мыслей, позволяющую выделять определенную дозу препарата по потребности.

«Представьте, что вы можете принять точное количество алкоголя, чтобы поддерживать себя навеселе, но не напиваться. Несколько глупо, но однажды это может произойти», — пояснил Арнон.

Существующие экспериментальные и клинические методики прицельной доставки лекарств основаны на использовании липосом, наномицелл, полимерных микросфер и других конструкций, например, магнитных «наноковров». Пока они все не лишены недостатков, ограничивающих их применение. Технологии постоянно совершенствуются: наноконструкции маскируют от иммунной системы, учат их проникать в мозг и подвергают другим модификациям. Также для доставки лекарств предлоагали использовать биологические объекты, такие как модифицированные диатомовые водоросли или бактерии, чувствительные к магнитному полю и уровню кислорода. Кроме того, созданы таблетки, которые можно настроить на высвобождение препарата в соответствии с любой схемой приема.

Олег Лищук