Menggunakan Perangkat Nano Kecil yang Terbuat dari DNA Untuk Mengobati Kanker

Salah satu cara yang paling menjanjikan dalam mengobati kanker adalah dengan mengembalikan kemampuan sistem kekebalan tubuh kita untuk mengenali dan menyerang sel-sel kanker. Sebuah tim ahli kimia dan biologi Universitas Chicago mengembangkan perangkat kecil yang dapat menemukan sel-sel tumor dan memaksa mereka untuk mengungkapkan diri mereka untuk berpatroli pada sel-sel kekebalan. Dalam tes dengan tikus, ini menghasilkan regresi tumor.

IMAGESGambar: images.squarespace-cdn.com

“Ketika datang ke pengiriman obat, masalahnya, seperti yang dikatakan ahli biologi molekuler Inder Verma, adalah pengiriman, pengiriman, dan pengiriman,” jelas Yamuna Krishnan, seorang profesor di Departemen Kimia dan penulis studi tersebut. “ Perangkat nano DNA ini sekarang membuat pengiriman obat menjadi hiperspesifik, memungkinkan kita memikirkan cara untuk mengobati kanker tanpa membunuh sel yang menjadi tujuan terapi.”

Fokus perangkat nano ini adalah jenis sel tertentu yang dikenal sebagai makrofag terkait tumor, atau TAM. Makrofag adalah jenis sel imun yang secara normal seharusnya mengenali dan membuang mikroba, puing-puing seluler, dan zat asing lainnya dari sel; tetapi jika ada yang tidak beres dengan mereka, mereka dapat menjadi bagian penting dari tumor kanker. TAM dapat terdiri hingga 50% dari massa tumor pada kanker payudara triple-negatif.

Namun, "terlepas dari kelimpahan TAM yang tinggi pada tumor padat, mekanisme yang mendasari dampaknya pada perkembangan tumor dan strategi terapi untuk menargetkannya tidak sepenuhnya dipahami," kata rekan penulis studi Lev Becker, profesor di Departemen Penelitian Kanker Ben May.

Pentingnya TAM ini kembali ke bagaimana sistem kekebalan mengenali sel kanker. Ada subpopulasi sel imun yang disebut sel T CD8+ yang penting dalam mengenali dan membunuh sel kanker. Sel T CD8+ ini dapat diaktifkan melawan ancaman dengan mengikat struktur molekul yang disebut “antigen” pada permukaan makrofag kanker. Akan tetapi, strategi ini menjadi serba salah, ketika TAM tidak menghadirkan antigen, jadi tidak ada yang dapat dikenali oleh sel-T.

Kelompok Becker menemukan bahwa TAM menyimpan sejenis enzim tingkat tinggi yang disebut protease sistein. Mereka tahu enzim khusus ini hidup di lisosom, yang bekerja sebagai "perut" sel, jadi pemahaman Becker adalah bahwa mereka mungkin "mencerna berlebihan" antigen tumor – sehingga menyembunyikan sel kanker dari patroli sel T CD8+.

Untuk menguji gagasan ini, kelompok Becker perlu membuktikan bahwa masalahnya benar-benar terletak pada lisosom yang menggerogoti antigen. Jadi mereka menggunakan tikus yang makrofagnya kekurangan protein yang mengatur tingkat dan aktivitas enzim lisosom. Mereka menemukan bahwa memang, lisosom dalam TAM tikus ini tidak menghancurkan antigen sebanyak itu. Hal ini pada akhirnya memungkinkan sel T CD8+ untuk “melihat” dan menyerang tumor.

Selanjutnya, mereka perlu mencari cara untuk menargetkan proses ini secara terapeutik.

Sementara itu, Krishnan, seorang ahli dalam nanoteknologi DNA, baru-baru ini mengembangkan keahlian untuk mengirim perangkat nano kecil yang terbuat dari DNA langsung ke lisosom sel kekebalan spesifik dalam organisme model seperti cacing dan ikan zebra . Kedua lab bekerja sama untuk mengatasi tantangan ini.

Kasturi Chakraborty, mantan mahasiswa pascasarjana lab Krishnan dan sekarang sarjana postdoctoral di lab Becker, mengembangkan perangkat nano DNA kecil yang menghasilkan inhibitor protease sistein. Ketika Chang Cui, seorang mahasiswa pascasarjana di lab Becker, menyuntikkannya ke tikus dengan tumor, perangkat nano ini secara khusus menargetkan lisosom di dalam TAM, di mana ia menghentikan enzim untuk menghancurkan antigen—membuatnya sekali lagi "terlihat" untuk berpatroli di sel kekebalan.

Menggabungkan perangkat nano DNA ini dengan kemoterapi garis depan menyebabkan regresi tumor berkelanjutan dalam model kanker payudara triple-negatif dalam tes dengan tikus. Hasil ini menarik karena jenis kanker ini sangat sulit untuk diobati.

Ini juga merupakan pendekatan yang berbeda secara fundamental dari cara standar yang dipikirkan para peneliti tentang pengobatan kanker: “Ketika kami menargetkan suatu obat, keberhasilan biasanya berarti Anda telah membunuh sel yang ingin Anda targetkan,” kata Krishnan. “Namun, dalam pendekatan kami, niat kami bukan untuk membunuh sel target, melainkan memprogram ulang dan mengubah karakter mereka. Setelah perangkat nano membalik sakelar di TAM, kekebalan alami akan menangani sisanya.”

Para peneliti berharap bahwa pengiriman spesifik organel baru ini menggunakan perangkat nano DNA adalah generasi penargetan obat berikutnya.

Bahkan bisa melampaui kanker, karena pengiriman spesifik ke makrofag dapat berdampak pada berbagai penyakit di mana kekebalan menjadi kacau, kata para ilmuwan.

“Anda tidak akan melihat pekerjaan ini hanya di laboratorium kimia atau hanya di laboratorium imunologi,” kata Chakraborty. “Di UChicago, ahli kimia dan ahli biologi berada di gedung yang sama, jadi ada aliran interaksi yang mudah dan lingkungan benar-benar mendorong sains interdisipliner.”