Deze minuscule moleculaire apparaten zijn in staat om abnormale cellen te identificeren en virussen te neutraliseren door middel van programmeerbare systemen met hoge precisie. Hoe deze vooruitgang de behandeling van complexe pathologieën zou kunnen veranderen
De medische wetenschap staat voor een buitengewone doorbraak met de ontwikkeling van robots gemaakt van synthetisch DNA. Het gaat om een technologie op nanoschaal die een revolutie teweeg wil brengen in de behandeling van infectieziekten en kanker. Deze minuscule apparaten, ontworpen om als modulaire systemen te functioneren, hebben het potentieel om bedreigingen in het lichaam op te sporen, in te kapselen en te neutraliseren. Onderzoek naar dit soort nanorobots betekent een nieuwe benadering van gepersonaliseerde geneeskunde en de behandeling van ziekten waarvoor weinig therapeutische opties bestaan.
Volgens National Geographic maken robots die zijn gebouwd op basis van DNA gebruik van de intrinsieke eigenschappen van dit molecuul. DNA maakt het mogelijk om de zelfassemblage ervan te programmeren in specifieke structuren, wat het gemakkelijker maakt om functionele onderdelen op moleculaire schaal te creëren. Elke structuur fungeert als onderdeel van een groter systeem en kan worden ontworpen met een specifieke taak, zoals het identificeren van virussen of kankercellen, of het doorgeven van informatie tussen de modules waaruit de robot bestaat.
Volgens het DNA-Robotics-project, gecoördineerd door specialist Kurt Vesterager Gothelf, is het gebruik van DNA op het gebied van robotica gerechtvaardigd vanwege het vermogen tot nauwkeurige en voorspelbare zelforganisatie. De onderzoekers ontwikkelden DNA-blokjes met verschillende functies. Sommige onderdelen zijn verantwoordelijk voor het identificeren van ziekteverwekkers, terwijl andere informatie doorgeven of acties uitvoeren zoals het inkapselen van virussen of het induceren van celdoodmechanismen in kwaadaardige cellen.
Moleculair ontwerp
Het ontwikkelingsproces begon met computersimulaties. De onderzoekers gebruikten computers om te plannen hoe ze elk “stukje” DNA aan elkaar wilden koppelen. Het ontwerp bepaalt de vorm en functie van de robot, bijvoorbeeld of deze een virus moet detecteren of een medicijn moet transporteren. Het overbrengen van deze ontwerpen naar het laboratorium bracht echter grote technische hindernissen met zich mee. Daarom kozen de wetenschappelijke teams voor een andere methode: ze gebruikten vesikels als basisframe, waar ze de gewenste DNA-modules aan vastmaakten.
Het blaasje is een klein bolletje dat bestaat uit vet en organische structuren. Op het oppervlak van deze bolletjes hechten de modules zich als componenten van moleculaire sieraden. Deze modules geven het systeem nieuwe functies.
Zoals National Geographic uitlegde, was een andere doorbraak de creatie van nanokabels die signalen kunnen doorgeven tussen de verschillende onderdelen die aan de blaas zijn bevestigd. Dit systeem doet denken aan het zenuwstelsel van levende wezens, omdat het de acties van de onderdelen van de DNA-robot coördineert volgens interne instructies.
Technische uitdagingen
De grootste uitdaging op dit moment is de volledige en functionele assemblage van deze robots in het laboratorium. Hoewel de experts een mechanisme hebben ontworpen waarmee afzonderlijke modules aan de blaasjes kunnen worden toegevoegd en een zekere mate van beweging op één as kan worden bereikt, is het doel op korte termijn om controle over twee assen te krijgen, zodat verschillende modules op verschillende plaatsen in dezelfde structuur kunnen worden geplaatst.
De klinische toepassing van deze kleine robots zal naar verwachting de ontwikkeling van gepersonaliseerde geneesmiddelen dichterbij brengen. Het idee is om voor elke patiënt een behandeling op maat te creëren, waarmee infecties, kankers en zeldzame ziekten kunnen worden aangepakt waarvoor momenteel geen effectieve therapieën bestaan. Deze nanorobots zouden ziekteverwekkers kunnen herkennen, inkapselen en neutraliseren zonder de gezonde.
Op deze manier onthullen DNA-structuren andere opmerkelijke toepassingen. Zo heeft het Rensselaer Polytechnic Institute een stervormige structuur gemaakt die het denguevirus kan detecteren en zich eraan kan hechten. Deze innovatie maakte de ontwikkeling mogelijk van uiterst gevoelige biosensoren voor infectieziekten, wat de weg vrijmaakt voor snelle en nauwkeurige diagnoses.
Nieuwe toepassingen
Dit jaar is de Technische Universiteit van München erin geslaagd om in het laboratorium een DNA-nanorobot te assembleren die virussen kan inkapselen. Deze robot, aldus National Geographic, slaagde erin om ziekteverwekkers te deactiveren en de verspreiding van infecties te voorkomen in gecontroleerde experimenten. De technologie bevindt zich echter nog in een experimenteel stadium en het zal nog lang duren voordat ze op grote schaal in ziekenhuizen en gezondheidscentra kan worden gebruikt.
Bij het onderzoek naar en het ontwerp van nanorobots zijn nauwkeurigheid en biocompatibiliteit van cruciaal belang. Dankzij de huidige vooruitgang kunnen de oppervlakken en functies van de blaasjes worden aangepast en kan worden geëxperimenteerd met interne communicatiekanalen, maar er zijn nog uitdagingen op het gebied van biologische stabiliteit, efficiëntie van afgifte en veiligheid in levende organismen.
Robots gemaakt van DNA vormen dus een fundamentele innovatie voor de geneeskunde en de biotechnologie. Hoewel de weg naar medische toepassing nog lang is, hebben tests door groepen in Europa en de Verenigde Staten het potentieel van deze technologie als hulpmiddel bij de diagnose en behandeling van complexe ziekten bevestigd. De nabije toekomst hangt af van het perfectioneren van de assemblagetechniek en het waarborgen van de veiligheid bij menselijke patiënten, maar de vooruitgang belooft de manier waarop gepersonaliseerde geneeskunde en wereldwijde gezondheid worden benaderd te veranderen.
