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Nanoroboter für die Krebsbehandlung sind von der Theorie zur Praxis übergegangen
TitelBild: DNA-Origami-Nanoroboter. Quelle: Inverse

Nanoroboter für die Krebsbehandlung sind von der Theorie zur Praxis übergegangen

Von Rhoda Wilson

Krebs-DNA-Roboter, auch DNA-Nanoroboter genannt, sind winzige Maschinen aus DNA, die so programmiert werden können, dass sie Krebszellen angreifen und zerstören. Diese Roboter werden mit einer Methode namens “DNA-Origami” konstruiert, einer Technik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, komplexe Formen und Strukturen aus DNA-Molekülen zu schaffen.

DNA-Origami-Nanoroboter verwenden lange DNA-Ketten, die in bestimmte Formen gefaltet werden und so winzige Behälter bilden. Mit Hilfe von Molekülen, den sogenannten Aptameren, können sie bestimmte Zelltypen erkennen. Sobald sie ihre Zielzellen erreichen, können sie Nutzlasten wie z. B. Arzneimittelmoleküle abgeben.

“Die Roboter übernehmen dabei die Rolle von weißen Blutkörperchen, die problematische Zellen aufspüren und zerstören”, berichtete die BBC im Jahr 2012.

Die BBC berichtete über Labortests, die von Forschern des Wyss-Instituts der Harvard-Universität durchgeführt worden waren.

Der DNA-Nanoroboter von Harvard ist ein muschelähnlicher Roboter, der seine medikamentöse Ladung nur dann freisetzen kann, wenn er sein Ziel, die Krebszellen, erreicht und identifiziert.

Im Jahr 2015 berichtete The Week ebenfalls über die Arbeit der Forscher am Harvard Wyss Institute. Die winzigen Geräte wurden aus DNA-Strängen konstruiert und in eine Form gefaltet, die einer Muschelschale ähnelt, schrieb The Week und merkte an, dass die Nanoroboter so vorprogrammiert werden können, dass sie sich in Gegenwart von Krebszellen öffnen. Wenn sie sich öffnen, setzen sie Antikörper frei, die die Selbstzerstörung der Krebszellen bewirken.

Wyss-Institut: Ein DNA-Roboter, der Zellen ansteuert und Nutzlasten abliefert, 16. Februar 2012 (6 Min.)

Lesen Sie mehr: Forscher am Harvard’s Wyss Institute entwickeln DNA-Nanoroboter, um gezielte therapeutische Reaktionen auszulösen, Wyss Institute, 16. Februar 2012

Im Jahr 2023 berichtete die Tech Times über Forscher der New York University (USA) und Ningbo (China), die selbstreplizierende Nanoroboter entwickelt hatten, die vollständig aus DNA bestehen.

Diese Roboter, die durch externe Faktoren wie Temperatur und ultraviolettes Licht gesteuert werden, greifen, positionieren und verschweißen DNA-Teile sorgfältig, um komplexe Strukturen herzustellen, was einen neuartigen Ansatz für die Nanoverarbeitung darstellt.

Die Fähigkeit der Nanoroboter, DNA-Stränge zu manipulieren, ist die Grundlage für diese Innovation. Sie können verschiedene DNA-Teile fachmännisch ausrichten und zusammenschweißen und so dreidimensionale Strukturen schaffen, die bisher nur in zwei Dimensionen möglich waren.

Dieser innovative Ansatz eröffnet eine Welt der Möglichkeiten, die die Schaffung komplizierter und funktioneller Nano- und Mikrovorrichtungen ermöglicht.

Die medizinischen Anwendungen dieser Nanoroboter sind vielleicht die aufregendsten Aussichten. Die Fähigkeit, durch den Blutkreislauf zu navigieren und Krebszellen ohne invasive Eingriffe anzugreifen, hat das Potenzial, die Krebsbehandlung zu revolutionieren.

Wissenschaftler schaffen selbstreplizierende Nanoroboter aus DNA, die eine Krebsheilung versprechen, Tech Times, 7. Dezember 2023

Nicht alle Nanoroboter, an denen geforscht wird, verwenden lange DNA-Ketten. Im Jahr 2017 veröffentlichte das Weltwirtschaftsforum einen Artikel über Forscher an der Universität Durham im Vereinigten Königreich, die molekulare Nanomaschinen mit kurzen Peptidanhängen entwickeln. Diesen winzigen Robotern – 50.000 von ihnen würden auf den Durchmesser eines menschlichen Haares passen – wurde das Potenzial nachgesagt, im Kampf gegen Krebs eine mächtige Schlagkraft zu haben. Die Forscher setzten die Nanoroboter ein, um sich in Krebszellen zu bohren und sie in nur 60 Sekunden abzutöten.

Wenn die Nanobots durch Licht aktiviert werden, beginnt sich die rota-ähnliche Kette von Atomen mit einer unglaublichen Geschwindigkeit zu drehen – etwa zwei bis drei Millionen Mal pro Sekunde. Dadurch bohrt sich der Nanoroboter in die Krebszelle und sprengt sie auf.

Die Studie befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber die Forscher sind optimistisch, dass sie zu neuen Arten der Krebsbehandlung führen könnte.

Sie experimentieren jetzt mit Mikroorganismen und kleinen Fischen, bevor sie zu Nagetieren übergehen. Klinische Versuche am Menschen werden voraussichtlich folgen.

Diese winzigen Roboter können Krebszellen abtöten, Weltwirtschaftsforum, 14. September 2017

Im folgenden Video demonstrieren Forscher der Universitäten Rice, Durham und North Carolina State in Labortests, wie die molekularen Nanomaschinen, die durch Licht angetrieben werden, Löcher in die Membranen einzelner Zellen bohren können.

Rice University: Nanomaschinen der Rice University sollen Medikamente liefern und kranke Zellen zerstören, 30. August 2017 (3 Min.)

In einem im Juli 2023 im Journal of Haematology & Oncology veröffentlichten Artikel wurden jedoch die jüngsten Fortschritte von Nanorobotern bei der Krebsbehandlung untersucht und analysiert. Während viele Experimente in vivo, also in lebenden Organismen, durchgeführt werden, warnt die Studie vor ihren Grenzen im klinischen Umfeld.

In der Studie wurden Nanoroboter untersucht, die verschiedene Energiequellen nutzen, z. B. halbnatürliche Nanoroboter mit magnetischem Antrieb, ultraschallgetriebene Nanoroboter und biologisch angetriebene Nanoroboter. Unter der Überschrift “Nanoroboter-gestützte Krebsdiagnose und gezielte Therapien” werden verschiedene DNA-Nanoroboter-Designs einschließlich DNA-Origami vorgestellt.

Die folgenden Ausführungen stammen aus der “Zusammenfassung” und den Abschnitten “Perspektiven und Schlussfolgerungen” des Papiers.

Nanoroboter sind eine der vielversprechendsten Anwendungen der Nanomedizin und stehen an der Spitze der multidisziplinären Forschung. Mit den Fortschritten der Nanotechnologie ermöglichen Nanoroboter den Zusammenbau und Einsatz funktioneller molekularer bzw. nanoskaliger Maschinen und werden zunehmend in der Krebsdiagnose und -therapie eingesetzt. In den letzten Jahren sind verschiedene praktische Anwendungen von Nanorobotern für Krebsbehandlungen von der Theorie zur Praxis übergegangen, von In-vitro-Experimenten zu In-vivo [experimentellen] Anwendungen.

Wir glauben, dass die Verwendung von Nanorobotern als integrierte Plattform für mehrere Ziele in verschiedenen Bereichen der Krebsbekämpfung in der Zukunft bald realisiert werden wird … Die Umsetzung experimenteller Nanoroboter/Nanosubmarine in die klinische Praxis wird durch die Komplexität und Heterogenität der Tumorbiologie, das fehlende umfassende Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Nanomaterialien und Biologie sowie das Fehlen skalierbarer Synthese- und Massenproduktionstechnologien für Nanoroboter/Nanosubmarine begrenzt.

Die Nutzung der DNA-Nanotechnologie in Form von DNA-Origami für die Thrombinverabreichung verdeutlicht das Potenzial der präzisen Medikamentenverabreichung, doch müssen vor der klinischen Umsetzung noch erhebliche Herausforderungen wie Immunogenität, In-vivo-Stoffwechselverhalten und Massenproduktion bewältigt werden.

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

Wenn die Injektion von Nanorobotern eine Option wird, werden Sie dann freiwillig die ersten Schritte auf dem Weg zum Cyborg unternehmen?

Für diejenigen, die den Kopf in den Sand stecken und glauben wollen, dass dies alles nur eine “Verschwörungstheorie” ist, finden Sie hier weitere Informationen: