Was ist ein DNA-Roboter und wie könnte er die Medizin verändern?

Täuschen Sie sich nicht: Der menschliche Körper ist ein Kriegsgebiet. Darüber hinaus ist es ein moderner, der nicht auf einem Auswärtsschlachtfeld ausgetragen wird, sondern direkt in der vom Krieg zerrütteten Stadt, die wir den menschlichen Körper nennen.

Sicher, die Verteidigungskräfte unseres Körpers tragen ihren Teil dazu bei, den Großteil der Eindringlinge fernzuhalten, aber der Feind hat unsere Tore vor langer Zeit durchbrochen. Der Kampf um Gesundheitslöhne geht also in uns weiter, inmitten empfindlicher Systeme und entscheidender Organe. Die Soldaten unseres Immunsystems bekämpfen virale Spione, krebsartige Saboteure, bakterielle Terroristen und parasitäre Kriegsmaschinen.

Die moderne Wissenschaft lässt ein gutes Maß an Einmischung von außen zu. Wie eine Supermacht des Kalten Krieges, die ein umkämpftes Regime stützt, liefern wir unsere pharmazeutischen Waffen, High-Tech-Überwachungsgeräte und gelegentlich radioaktive Explosionen ein.

Doch diese Superwaffen sind in ihrer Anwendung oft alles andere als klinisch.

Wenn Sie eine Bombe auf einen Stadtblock werfen, können Sie feindliche Aufständische auslöschen, aber Sie werden auch unschuldige Zivilisten töten und wichtige Infrastruktur dezimieren. Sie beschädigen genau das, was Sie schützen wollen.

Im Körper ist die Situation oft die gleiche. Zum Beispiel wollen wir den Körper vor den Verwüstungen durch Krebs bewahren, aber Chemotherapie und Strahlenbehandlungen schädigen die gesunden Zellen ebenso wie die krebsartigen. Was wir brauchen, ist etwas, das in der Lage ist, auf zellulärer Ebene tödlich präzise Schläge auszuführen – eine Militärdrohne, die unseren inneren Raum patrouilliert.

Was wird also die Krebszellen in unserem Körper jagen und sie mit minimalen Kollateralschäden töten? Wir brauchen einen Roboter – einen aus DNA (Desoxyribonukleinsäure).

Wie Sie der Abbildung entnehmen können, sieht der DNA-Roboter gar nicht so sehr wie ein typischer Eimer-mit-Bolzen-Automaten aus. Er hat weder den Charme eines WALL-E noch die tödliche Symmetrie einer Predator-Drohne der US Air Force, aber dafür gibt es einen sehr guten Grund. Um einen Roboter in einem so kleinen Maßstab zu bauen, muss man ihn aus kleinen Dingen zusammenbauen. Das Material der Wahl in dieser Maschine ist DNA selbst.

DNA ist natürlich die Blaupause für die meisten Formen organischen Lebens. Wie du aussiehst, wie du denkst – all das ist in einem Code chemischer Basen enthalten. Aber DNA ist mehr als nur Information. Da sich komplementäre DNA-Sequenzen aneinander binden können, können sich einzelne Moleküle selbst zu komplexen Formen und Strukturen zusammensetzen. Entwickeln Sie eine Maschine aus diesem Zeug und Sie profitieren von einem Baumaterial, das sowohl leicht verfügbar als auch selbst zusammenbaubar ist. Sie retten Leben, und Sie sparen auch Geld für Forschung und Entwicklung.

Unter Verwendung einer Methode namens DNA-Origami falteten Forscher am Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Harvard Stränge synthetischer DNA zu einem fassförmigen Käfig mit einem Durchmesser von etwa 35 Nanometern [Quelle: Katsnelson ]. Im Gegensatz dazu ist eine menschliche Haarsträhne nur 20.000 Nanometer breit [Quelle: EPA ].

Dieser Käfig enthält bis zu 12 Nutzlastmoleküle, wie z. B. zellzerstörende Antikörper [Quelle: Katsnelson ]. Auf der Außenseite verhindern zwei Aptamere , dass der Käfig auffliegt und die tödliche Nutzlast freisetzt. Aptamere sind kurze DNA-Stränge mit speziellen Sequenzen zur Erkennung bestimmter Moleküle. Betrachten Sie sie als Schlösser, die den Korb geschlossen halten.

Wenn der DNA-Roboter mit der Zielzelle in Kontakt kommt, springen die Schlösser auf, der Käfig fliegt auf und der Antikörper zerstört die Zielzelle. Im Jahr 2012 berichtete das Forschungsteam des Wyss Institute von „nahezu null Kollateralschäden“, nachdem es seine Bots auf eine Mischung aus Zielzellen und Zuschauerzellen losgelassen hatte [Quelle: Bachlet ].

Die Technologie verspricht, das Gesundheitswesen mit intelligenten, zielgerichteten Medikamenten und noch komplexeren Nanomaschinen zu revolutionieren, um unser Inneres zu überwachen. Wissenschaftler müssen jedoch bei der Feinabstimmung ihrer DNA-Roboterdesigns eine Reihe von Hürden überwinden.

Zum einen dauert es derzeit Wochen, komplexe DNA-Strukturen zusammenzufalten. Und wenn diese heißen Zerstörungsnester in Nanogröße ihre Arbeit erledigen sollen, hilft es, wenn wir sie eine Stunde später nicht auspinkeln. Forscher arbeiten an Modifikationen, um zu verhindern, dass der Bot die Nieren oder die Leber trifft, bevor er seinen Angriff auf Zielzellen ausführt.

Tatsache bleibt jedoch: Wir bauen winzige Roboterwaffen, um den endlosen Krieg zwischen den Bewohnern Ihres Körpers und den endlosen Horden zu unterstützen, die danach streben, ihn zu erobern. Die Technologie, wie auch die Zukunft, ist da.

Ich musste eine Hand hinter meinen Rücken schlagen, um die offensichtlichen Anspielungen auf „Fantastische Reise“ oder „Innenraum“ in diesem Artikel zu vermeiden. In gewisser Weise erweisen die Filme jedoch dem öffentlichen Verständnis der Nanotechnologie – insbesondere der medizinischen Nanotechnologie – einen Bärendienst. Visionen von miniaturisierten U-Booten im Blutkreislauf zeigen eine Top-down-Sicht auf die Nanotechnologie. In Wirklichkeit sehen wir uns ein Bottom-up-System an, in dem kleine Maschinen aus winzigen Materialien gebaut werden, um ihre Arbeit im kleinsten Maßstab zu verrichten. Sie bauen kein U-Boot von der Größe einer DNA; du baust es AUS DNA.

Ich konnte nicht umhin, an das Konzept des DNA-Roboters in Form einer Geschenkverpackung mit einer kleinen Bombe zu denken. Stellen Sie sich dieses Paket im Salon eines Krimis im Stil von Agatha Christie vor. Es öffnet sich nur in den Händen eines Mörders.

Zum Thema passende Artikel

Quellen