ДНК-компьютер приближает появление «интеллектуальных лекарств»

Исследователи из Технологического университета Эйндховена (TU/e) представили новый метод контролируемой доставки лекарств в кровоток с использованием ДНК-компьютеров. В журнале Nature Communications команда под руководством биомедицинского инженера Маартена Меркса описала, как создала первый ДНК-компьютер, способный обнаруживать несколько антител в крови и выполнять последующие вычисления на основе этого ввода. Это важный шаг к разработке «умных» лекарств для более эффективной терапии таких состояний, как ревматизм и болезнь Крона, с меньшими побочными эффектами и по более низкой стоимости.

Аналогия метода — система безопасности, которая открывает дверь после идентификации человека. Если камера распознает человека, дверь отпирается, если нет — остается закрытой. «Исследования в области диагностических тестов обычно сосредоточены на распознавании, но особенность нашей системы в том, что она может «думать» и быть связана с исполнительным механизмом, таким как доставка лекарства», — говорит профессор биомедицинской химии Маартен Меркс.

ДНК-компьютер

Для выполнения такого действия требуется интеллект, роль которого в этой системе выполняет ДНК-компьютер. ДНК известна как носитель генетической информации, но её молекулы также идеально подходят для выполнения молекулярных вычислений. Последовательность внутри молекулы ДНК определяет, с какими другими молекулами ДНК она может вступать в реакцию, что позволяет программировать желаемые реакционные цепи.

Антитела

До сих пор биомедицинское применение ДНК-компьютеров было ограничено, поскольку их входными данными обычно являются другие молекулы ДНК и РНК. Для определения наличия заболевания необходимо измерять концентрацию специфических антител. Меркс и его коллеги первыми смогли связать наличие антител с работой ДНК-компьютера.

Доставка лекарств

Их метод преобразует присутствие каждого антитела в уникальный фрагмент ДНК. ДНК-компьютер, обнаруживая наличие одного или нескольких антител, может решить, необходима ли, например, доставка препарата. «Присутствие определенной молекулы ДНК запускает серию реакций, позволяя заставить ДНК-компьютер выполнять различные программы», — объясняет аспирант и основной автор работы Ваутер Энгелен. «Наши результаты показывают, что мы можем использовать ДНК-компьютер для контроля активности ферментов, но мы считаем, что также должно быть возможно контролировать активность терапевтического антитела».

Лекарственные средства

При лечении хронических заболеваний, таких как ревматизм или болезнь Крона, такие терапевтические антитела используются в качестве лекарств. Одно из потенциальных применений этой системы — измерение количества терапевтических антител в крови и принятие решения о необходимости введения дополнительной дозы препарата. «Непосредственно связывая измерение антител с лечением болезни, мы, возможно, сможем предотвратить побочные эффекты и снизить затраты в будущем», — говорит Меркс.