העתיד כבר כאן: ננו-צוללות היברידיות לזיהוי וקטילת תאים סרטניים

שיתוף פעולה בין אוניברסיטאות בארה”ב הביא ליצירת ננו-צוללות היברידיות חדשות המסוגלות לזהות ולקטול תאים סרטניים, לסמן אותם בגרגרי ברזל לבדיקה ב- MRI ובמולקולות זרחניות לקראת הניתוח

אתם מתעוררים יום אחד בבוקר והולכים לרופא לבדיקה השגרתית השנתית. הוא בודק משקל, דופק, לחץ-דם, רמת כולסטרול בדם ולסיום מזריק לכם אמפולה קטנה, גדושה במיליארדי ננו-צוללות זעירות. הננו-צוללות מתפזרות בזרם הדם ומגששות אחר גידולים ותאים סרטניים. כשהן מוצאות כאלו, הן נצמדות אליהם, חודרות לתוכם ומשחררות רעל קטלני בתוך התא.

כדי לוודא את הצלחת הטיפול, מעביר אתכם הרופא ב- MRI מהיר. בנוסף לרעל שהן מכילות, הננו-צוללות נושאות גם גרגרי ברזל פארא-מגנטיים המופיעים ב- MRI ומעידים על מיקומן בגוף, שם נקשרו לתאים הסרטניים. ה- MRI מראה מספר גידולים שהיו גדולים מכדי להיהרס על-ידי הננו-צוללות בלבד. אין ברירה: צריך לנתח ולעקור את הגידול מן הגוף. אלא שגם פעולה זו, הדורשת בדרך-כלל אונקולוג מומחה, הופכת להיות פשוטה ביותר בזכות הננו-צוללות. כל אחת מהצוללות הקטנטנות מכילה גם מולקולות זרחניות, בנוסף לרעל ולגרגרי הברזל. הרופא משתמש במשקפיים מיוחדים המאפשרים לו לראות את הגידול זוהר בצבע כתום בתוך הגוף, ומסלק או צורב אותו בלייזר מבלי להשאיר אפילו תא סרטני חי אחד בגוף.

לפי כל ההתקדמויות בתחום הננו-רפואה, אין ספק כי העתיד שתואר מתקרב אלינו בצעדי ענק. ננו-צוללות מסוגים שונים תוארו כבר בעבר, וביניהן 'ננו-תולעים' מברזל המזהות גידולים ומסמנות אותם לבדיקת ה- MRI, ננו-צוללות המכילות רעל שהורג גידולים ואפילו ננו-צוללות הזוהרות בחשיכה. עתה, במחקר משולב מאוניברסיטת קליפורניה סאן-דייגו, סנטה-ברברה ו- MIT, שולבו כל התכונות הללו ביחד ליצירת ננו-צוללת המסוגלת לעשות הכל ביחד: להיצמד לגידול, להפריש בסביבתו רעל, לסמן אותו לגילוי ב- MRI ולהוצאה מהגוף על-ידי פלואורסנציה (זרחניות).

“הרעיון משלב הטמעת גורמי דימות ותרופות ב- 'ספינת אם' מגוננת, שמתחמקת מהתהליכים הטבעיים [בגוף] שהיו מסלקים את הגורמים האלה אם הם לא היו מוגנים,” אומר מיכאל סיילור, פרופסור לכימיה וביו-כימיה באוניברסיטת קליפורניה סאן-דייגו. סיילור עמד בראש קבוצת הכימאים, ביולוגים ומהנדסים שהפכו את הרעיון יוצא-הדופן למציאות. “קוטרן של ספינות האם הוא רק 50 ננו-מטר – קטנות פי 1,000 מקוטרה של שיערה אנושית. הן מצויידות במערך של מולקולות על פני-השטח שלהן, שמאפשר להן לגלות ולחדור לתאי גידול בגוף.”
'קליפתן' של הננו-צוללות מורכבת מליפידים – מולקולות שומניות המרכיבות את פני-השטח של כל התאים הגוף. הליפידים במחקר זה עברו מודיפיקציה מיוחדת, ומאפשרים לצוללות להיסחף בזרם הדם במשך שעות רבות לפני שיסולקו, כפי שהוכח בסדרת ניסויים על עכברים. יכולתן של הצוללות להתחמק ממערכות החיסון של הגוף חשובה במיוחד, מכיוון שהיא מאפשרת להן לייבא תרופות בריכוזים גבוהים ולאורך זמן אל תאי הגידול.

“תרופות רבות נראות מבטיחות במעבדה, אך נכשלות בבני-אדם מכיוון שאינן מגיעות לרקמה החולה בזמן, או בריכוזים גבוהים מספיק,” מסביר סנגיטה באטיה, רופא, ביו-מהנדס ופרופסור למדעי הבריאות והטכנולוגיה ב- MIT, ששיחק חלק מרכזי בפיתוח הננו-צוללות במעבדתו. “לתרופות הללו אין את היכולת להתחמק מההגנות הטבעיות של הגוף או להבדיל בין תאי המטרה לבין הרקמות הבריאות. בנוסף, חסרים לנו הכלים לאבחון מחלות, כסרטן, בשלבי ההתפתחות המוקדמים ביותר שלהן, כאשר התרופות יכולות להיות אפקטיביות במיוחד.”

כדי לייעל את משלוח התרופה לתאים סרטניים בלבד, חלבון בשם F3 קשור לפני-השטח של הצוללות. חלבון זה, שהונדס במעבדתו של ארקי רואוסלאטי, מזהה את תאי הסרטן, נקשר אליהם ומועבר אל תוך הגרעין שלהם ביחד עם הצוללת. חלבון זה הוא רק הדור הראשון של חלבונים המזהים גידולים ומאפשרים טיפול יעיל בהם.

“אנו מרכיבים עתה את הדור הבא של ננו-מכשירים לגילוי חכם של גידולים,” אומר רואוסלאטי, פרופסור וביולוג במרכז בורנאם למחקר רפואי באוניברסיטת קליפורניה סנטה-ברברה. “אנחנו מקוים שמכשירים אלו ישפרו את הדימות האבחנתי של סרטן ויאפשרו הכוונה מדוייקת של טיפולים לגידולים סרטניים.”

הצוללות הוטענו בשלושה סוגים שונים של משאות בטרם הוזרקו לעכברים. שניים מהמשאות הם ננו-חלקיקים מסוגים שונים: גרגרי ברזל-אוקסיד סופר-פארא-מגנטיים, ונקודות קוונטיות זרחניות. המשא השלישי הוא דוקסורוביצין, תרופה אנטי-סרטנית. הננו-חלקיקים מברזל מאפשרים זיהוי של הצוללות ב- MRI, בעוד שאת הנקודות הקוונטיות ניתן לגלות באמצעות סורק פלורסנטי.
“התמונה הפלורסנטית מספקת רזולוציה גבוהה יותר מזו של ה- MRI,” אומר סיילור. “ניתן לדמיין את המנתח בודק את המיקום המדוייק של הגידול בגוף לפני הניתוח באמצעות MRI, ואז משתמש בדימות פלורסנטי למציאת והסרת כל חלקי הגידול בזמן הניתוח.”
חברי קבוצת המחקר גילו להפתעתם כי ספינת-אם יחידה יכולה לשאת מספר גרגרי ברזל-אוקסיד, המגבירים את בהירותה בתמונת ה- MRI. על אף העובדה כי קיימות כבר ננו-מערכות היברידיות המסוגלות לשאת סוגים שונים של ננו-חלקיקים, ישנו מספר מועט ביותר של ניסויים שנעשו עם ננו-צוללות היברידיות על אורגניזמים חיים.

“מחקר זה מספק את הדוגמא הראשונה לחומר ננו-מטרי יחיד המסוגל לייבא תרופות ולאפשר דימות במספר מצבים לרקמה חולה בחיה,” אומר ג'י-הו פארק, סטודנט לתואר דוקטור במעבדתו של סיילור שהשתתף במחקר. החוקרים עובדים עתה על ציפוי הננו-צוללות במולקולות זיהוי כימיות, שיאפשרו להן להגיע לגידולים, רקמות ואיברים ספציפיים בגוף.

לידיעה באתר אוניברסיטת קליפורניה בסן-דייגו

באתר הידען:

• המסע המופלא בגוף האדם
• ננוטכנולוגיה – מבט לעבר העתיד