Ce n'est qu'en médecine anticancéreuse que les cliniciens visent à attaquer et à tuer des légions des propres cellules d'un patient. Mais les cellules témoins saines sont souvent prises dans des tirs croisés mortels, c'est pourquoi les traitements contre le cancer peuvent provoquer des effets secondaires graves chez les patients.

Les chercheurs recherchent des médicaments plus intelligents pour cibler uniquement les méchants. Un espoir est que de minuscules robots à l'échelle d'un milliardième de mètre puissent venir à la rescousse, l'administration de médicaments directement aux cellules cancéreuses indésirables. Pour fabriquer ces nanorobots, les chercheurs en Europe se tournent vers les éléments de base de la vie :l'ADN.

Aujourd'hui, les robots sont de toutes formes et tailles. L'un des robots industriels les plus puissants peut soulever des voitures pesant plus de deux tonnes. Mais des matériaux tels que le silicium ne sont pas aussi adaptés aux plus petites échelles.

Alors que vous pouvez faire de très petits motifs en silicium solide, vous ne pouvez pas vraiment en faire des appareils mécaniques en dessous de 100 nanomètres, dit le professeur Kurt Gothelf, chimiste et nanotechnologue de l'ADN à l'Université d'Aarhus au Danemark. C'est là qu'intervient l'ADN. "Le diamètre de l'hélice d'ADN n'est que de deux nanomètres, " dit le Pr Gothelf. Un globule rouge vaut environ 6, 000 nanomètres de diamètre.

Lego

Dr Tania Patiño, un nanotechnologue à l'Université de Rome en Italie, dit que l'ADN est comme Lego. "Vous avez ces minuscules blocs de construction et vous pouvez les assembler pour créer n'importe quelle forme que vous voulez, " expliqua-t-elle. Pour continuer l'analogie, L'ADN se présente sous la forme de quatre blocs de couleurs différentes et deux des couleurs s'apparient l'une en face de l'autre. Cela les rend prévisibles.

Une fois que vous enchaînez une ligne de blocs d'ADN, une autre ligne s'appariera en face. Les scientifiques ont appris à enchaîner l'ADN de manière à introduire des fentes et des courbures. "Par une conception intelligente, vous ramifiez des brins d'ADN de sorte que vous avez maintenant trois dimensions, " a déclaré le professeur Gothelf. " Il est très facile de prédire comment il se plie. "

Le Dr Patiño développe une nanorobotique à ADN automotrice dans son projet, Bots à ADN. "L'ADN est hautement accordable, " dit-elle. " Nous pouvons avoir un logiciel qui nous montre quelles séquences produisent quelle forme. Ce n'est pas possible avec d'autres matériaux à cette échelle minuscule."

Alors que les nanorobots à ADN sont loin d'être utilisés chez l'homme, avec le professeur Gothelf disant que « nous ne verrons aucun médicament basé sur cela dans les dix prochaines années, " des progrès sont réalisés dans le laboratoire. Déjà les scientifiques peuvent obtenir une chaîne d'ADN à partir d'un virus, puis concevez à l'aide d'un logiciel des tronçons d'ADN plus courts à associer et à plier la chaîne dans la forme souhaitée. "Cette technique étonnante s'appelle l'origami ADN, " a déclaré le Pr Gothelf. Il permet aux scientifiques de créer des robots 3D à partir d'ADN.

Dans une première percée, Le laboratoire de recherche du professeur Gothelf a fabriqué une boîte à ADN avec un couvercle qui s'ouvrait. Plus tard, un autre groupe a construit un robot en forme de tonneau qui pouvait s'ouvrir lorsqu'il reconnaissait les protéines cancéreuses, et libérer des fragments d'anticorps. Cette stratégie est poursuivie pour qu'un jour un robot à ADN s'approche d'une tumeur, lier à lui et libérer sa cargaison de tueur.

"Avec les nanorobots, nous pourrions avoir une livraison plus spécifique à une tumeur, " a déclaré le Dr Patiño. "Nous ne voulons pas que nos médicaments soient administrés à tout le corps." Elle est dans le laboratoire du professeur Francesco Ricci, qui travaille sur des dispositifs à ADN pour la détection d'anticorps et l'administration de médicaments.

Pendant ce temps, le réseau que dirige le Pr Gothelf, ADN-Robotique, forme de jeunes scientifiques à fabriquer des pièces pour la robotique ADN qui peuvent effectuer certaines actions. Le professeur Gothelf travaille sur un « boulon et câble » qui ressemble à un frein à main sur un vélo, où la force à un endroit modifie une autre partie du robot à ADN. Une idée critique dans le réseau est de « plug and play, " ce qui signifie que toutes les pièces construites seront compatibles dans un futur robot.

Sang

Outre l'exercice de fonctions spécifiques, la plupart des robots peuvent se déplacer. Les robots à ADN sont trop minuscules pour nager contre notre circulation sanguine, mais il est encore possible d'y intégrer de petits moteurs utiles utilisant des enzymes.

Le Dr Patiño a précédemment développé un nanocommutateur d'ADN capable de détecter l'acidité de son environnement. Son appareil à ADN fonctionnait également comme un micromoteur automoteur grâce à une enzyme qui réagissait avec les molécules d'uréase courantes présentes dans notre corps et agissait comme une source d'énergie. "La réaction chimique peut produire suffisamment d'énergie pour générer du mouvement, " a déclaré le Dr Patiño.

Le mouvement est important pour amener les nanorobots là où ils doivent être. "Nous pourrions injecter ces robots dans la vessie et ils récoltent l'énergie chimique en utilisant l'uréase et se déplacent, " a déclaré le Dr Patiño. À l'avenir, un tel mouvement "les aidera à traiter une tumeur ou un site pathologique avec plus d'efficacité que les nanoparticules passives, qui ne peut pas bouger." Récemment, Patiño et d'autres ont rapporté que les nanoparticules équipées de nanomoteurs s'étalaient plus uniformément que les particules immobiles lorsqu'elles étaient injectées dans la vessie de souris.

Plutôt que de nager dans le sang, les nanobots pourraient être capables de traverser les barrières de notre corps. La plupart des problèmes de délivrance de médicaments sont dus à ces barrières biologiques, telles que les couches muqueuses, note le Dr Patiño. Les barrières sont là pour empêcher les germes, mais bloquent souvent les médicaments. Les robots à ADN automoteurs du Dr Patiño pourraient modifier la perméabilité de ces barrières ou simplement les traverser.

Stabilité

Les nanoparticules peuvent être expulsées de la vessie d'un patient, mais cette option n'est pas aussi facile ailleurs dans le corps, où des robots biodégradables qui s'autodétruisent pourraient être nécessaires. L'ADN est un matériau idéal, car il se décompose facilement à l'intérieur de nous. Mais cela peut aussi être un inconvénient, car le corps pourrait rapidement mâcher un bot à ADN avant qu'il ne fasse le travail. Les scientifiques travaillent sur le revêtement ou le camouflage de l'ADN et le renforcement des liaisons chimiques pour améliorer la stabilité.

Un autre inconvénient potentiel est que des morceaux d'ADN nus peuvent être considérés par le système immunitaire comme des signes d'ennemis bactériens ou viraux. Cela peut déclencher une réaction inflammatoire. Jusqu'à présent, aucun nanorobot à ADN n'a jamais été injecté à une personne. Néanmoins, Le professeur Gothelf est convaincu que les scientifiques peuvent contourner ces problèmes.

En effet, la stabilité et la réaction immunitaire étaient des obstacles que les développeurs de vaccins à ARNm, qui fournissent des instructions génétiques dans le corps à l'intérieur d'une nanoparticule, ont dû surmonter. "Les vaccins Moderna et Pfizer (BioNTech) (pour COVID-19) ont un brin d'oligonucléotide modifié qui est formulé dans une nano-vésicule, il est donc proche d'être un petit nanorobot, " a déclaré le professeur Gothelf. Il prévoit un avenir où les nanorobots à ADN livrent des médicaments exactement là où ils sont nécessaires. Par exemple, un médicament pourrait être attaché à un robot à ADN avec un linker spécial qui est coupé par une enzyme qui ne se trouve qu'à l'intérieur de certaines cellules, assurant ainsi que la drogue est libérée à un endroit précis.

Mais la robotique à ADN n'est pas réservée qu'à la nanomédecine. Le professeur Gothelf mélange la chimie organique avec des nanorobots à ADN pour transmettre la lumière le long d'un fil d'une seule molécule de largeur. Cela pourrait encore miniaturiser l'électronique. Les robots ADN pourraient aider à la fabrication aux plus petites échelles, car ils peuvent placer des molécules à des distances ahurissantes mais précises les unes des autres.

Pour l'instant cependant, La robotique à ADN pour la médecine est le rêve de la plupart des scientifiques. "Vous pourriez faire des structures beaucoup plus intelligentes et beaucoup plus spécifiques que ce qui est possible aujourd'hui, " a déclaré le professeur Gothelf. "Cela a le potentiel de créer une toute nouvelle génération de médicaments."