오늘과 내일의 나노 로봇

인체를 통해 헤엄 치는 작은 로봇의 이미지보다 나노 기술과 관련된 고전적인 이미지를 만드는 것은 아마도 더 이상 고전적이지 않을 것입니다. 나노봇의 외관은 모든면에 존재하는 살아있는 구조물의 외관과 크게 대조됩니다. 일반적으로 해저를 탐험하는 데 사용되는 원격 제어식 잠수정의 소형 버전처럼 보입니다. 나는 가정한다).

그러나이 이미지는 실제 나노 기술이 무엇이고 미래의 치료법이 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 잘못된 그림을 그립니다. 미국 과학 기술위원회 (National Science and Technology Council)의 나노 기술 소위원회 의장 인 Mihail Roco는 종종 나노 기술에 대해 순수한 크기로 생각하는 것은 실수라고 종종 지적했다. 그보다는 양자 역학 (그리고 나노 스케일에 지배적 인 물리적 현상)을 물질의 통제에 적용하는 것으로 생각해야한다.

나노 기술은 프로그램 가능한 물질, 즉 우리가 원하는 시간과 장소에서 원하는대로 정확하게 수행 할 수있는 특성을 가진 물질과 물체를 개발하는 데있어 크게 연습이됩니다. 프로그래밍에는 실제 명령의 전송이 포함될 수 있지만 대부분의 경우 예측 가능한 조건에 따라 특정 방식으로 반응하는 재료를 설계해야합니다.

지난 달에 나타난 적어도 두 건의 연구는 이것이 의료 나노 기술에 어떻게 적용되는지에 대한 놀라운 예를 제시합니다. 둘 다 매사추세츠 공과 대학의 공동 저자 인 Robert S. Langer를 맡고 있으며, 현재 실험실에서 나온 첨단 의료 응용 분야를위한 최첨단 재료의 수와 범위로 인해 살아있는 전설이되었습니다. .

똑똑한 얼룩

신체 내부에서 일단 종양으로 향하여 화학 요법 약물을 국소 적으로 전달하면서 신체의 면역 방어를 피할 수있는 암과 싸우는 나노봇을 상상해보십시오. 그리고 더 좋은 나노 선을 빌려주기 위해이 장치가 구성 분자로부터 스스로 조립 될 수 있다고 상상해보십시오. 분명히 그것은 환상적인 미니 항해 인감으로 의료용 미니 마블의 승인을 받아야합니다.

실제로 이러한 장치는 이제 만들어졌지만 교묘하게 설계된 입자보다 로봇이 적습니다.

이러한 입자는 원래 보스턴의 MIT와 Brigham and Women 's Hospital에서 고안 되었으며 2007 년에 Langer와 그의 동료 인 Omid Farokhzad가 설립 한 매사추세츠 캠브리지의 BIND Biosciences 에 의해 상표명 Accurins로 개발되고 있습니다.

생의학 연구자들은 30 년 이상 약물 전달을위한 표적화 된 나노 입자에 대한 아이디어를 얻었습니다. 원칙적으로, 입자 표면의 수용체 분자는 종양과 같은 표적 조직 내에 축적되어 다른 조직에 해로울 수있는 약물을 흘릴 수 있습니다. 입자를 매우 작게 유지하면 원치 않는 파편을 청소하는 대 식세포 및 기타 면역 세포 부위에서 입자를 유지해야합니다.

그러나 임상 실무에서 표적 나노 입자는 그다지 효과가 없었습니다. 정확한 균형의 특성을 달성하는 것은 어려웠습니다. 나노 입자는 종종 혈류에서 간으로 스윕되거나 계획대로 약물을 방출하지 못했습니다.

그러나 BIND의 과학 팀은 이제 그 문제를 이겼을 것입니다. 지난달 과학 번역 의학 에서 Langer, Farokhzad 및 그 동료들은 BIND-014라는 실험적 항 종양 치료제의 임상-안전 연구 인 1상에서 탁월한 성공을 거두었다고보고했습니다.

BIND-014 나노 입자의 핵심에는 화학 요법 약물 도세탁셀을 서서히 방출 할 수있는 중합체가있다. 입자의 표면에는 소분자가 있으며, 그 중 일부는 입자를 신체의 면역 레이더 아래에 두는 데 도움이됩니다. 그러나 표면에서 더 중요한 분자는 전립선 종양과 다른 유형의 고형 종양의 성장을 돕는 새로 형성되는 혈관에서 발견되는 특정 단백질 (전립선 특이 적 막 항원이라고 함)과 결합하는 분자입니다.

발표 된 결과에 따르면, BIND-014는 매우 잘 수행되었습니다. 동물 실험에서, 나노 입자는 보호되지 않은 도세탁셀보다 훨씬 오래 혈류에서 생존했다. 나노 입자를받은 조직에서 약물의 농도는 결과적으로 1,000 배나 더 높았다. 나노 입자의 실제 암-사멸 효과는 추가로 시험 될 필요가 있지만,이 임상 안전성 시험에서, 적어도 2 명의 인간 대상체는 그들의 종양에서 현저한 수축을 보였다.

BIND-014가 화학 요법을 전달할 수있는 직접적인 가능성을 넘어서서,이 연구의 중요성은 그러한 표적화 된 나노 입자를 개발하는 방법에 관한 내용에있을 수 있습니다. 연구원들은 조합 화학이라는 복잡한 형태의 대량 시행 착오 테스트를 통해 BIND-014를 공격했습니다. 그들은 100 가지가 넘는 안전한 약물 방출 폴리머를 확인하여 나노 입자로자가 조립할 수있는 폴리머를 발견했습니다. 유망한 속성 집합. 이러한 공정은 다른 생체 의학 응용으로 나노 입자를 생성하기위한 공식을 제공 할 수 있기 때문에 유용합니다.

나노 팩토리

BIND-014가 나노봇으로서 자격을 갖추기에는 너무 수동적이라고 생각한다면, Avi Schroeder, Michael S. Goldberg, MIT On command의 Christian Kastrup이 만든 놀라운 나노 입자에 더 흥미로울 것입니다. 살아있는 세포는 일반적으로 단백질을 만듭니다.

많은 약물의 단백질 분자는 종종 환자가 선을 행할 수있는 많은 기회를 갖기 전에 신체가 단백질을 수집하거나 분해하기 때문에 혈류에서 열악하게 작용합니다. BIND의 과학자들과 같은 많은 과학자들은 단백질이 필요한 곳으로 전달되는 것을 개선하는 방법을 연구했지만 Schroeder와 그의 동료들은 무언가 다른 것을 시도하는 영감을 얻었습니다. 왜 단백질을 몸에 필요한 곳에 만들지 않겠습니까?

실험실에서 그들은 박테리아에서 내용물을 추출하여 지질 소포 (세포 주변의 막과 거의 유사)로 묶었 다. 이 추출물에는 세포가 리보솜이라고하는 소기관을 포함하여 단백질을 만드는 데 일반적으로 사용하는 모든 기본 성분이 포함되어 있습니다.

또한이 나노 입자에는 해파리와 반딧불에서 발견되는 빛나는 단백질을 암호화하는 작은 가닥의 DNA가 포함되어 있는지 확인했습니다. 그러나 DNA는 자외선에 노출 된 후에 만 ​​열리는 분자 케이지 안에 갇혀있었습니다.

MIT 팀 이 4 월 에 Nano Letters 에 기술 한 것처럼, 나노 입자 공장은 계획대로 정확하게 행동했습니다. 연구진은 나노 입자를 마우스에 주사하고 주사 부위의 조직을 자외선 아래에서 빛나게하여 입자가 켜지고 빛을 발하는 단백질을 원하는대로 제조 할 수 있음을 발견했다.

인생은 무엇과 관련이 있습니까?

나는 거기에 있을지도 모르는 일부 반대 의견을 거의들을 수 있습니다. "그러나… 그러나 그 입자들은 기술처럼 보이지 않습니다! 그들은 실질적으로 생물학적입니다!" 예. 그게 요점입니다.

생물은 분자 규모에서 물질을 수십억 년 동안 조작 해 왔습니다. 인류의 독창성이 생물학이 진화를 통해 항상 발전한 방법을 얼마나 빨리 향상 시킬지는 논쟁의 여지가 있습니다. 그러나 어쨌든 우리의 기술이 점점 더 작아짐에 따라 우리는 기술이 무엇인지 또는 무엇이 될 수 있는지에 대한 기존 개념을 포기할 준비가되어 있어야합니다.

혈류를 통해 순항하는 나노봇의 고전적인 이미지에서 우리의주의가 잘못되었습니다. 우리는 소형 로봇을 보지만, 사진 속의 놀라운 나노 기술과 미래의 역할 모델은 모든면의 세포입니다.