يتم دراسة الروبوتات الميكروية الحيوية ، التي تجمع بين حركية الكائنات الدقيقة الطبيعية والوظائف المتعددة للمكونات الاصطناعية ، كبديل للروبوتات الدقيقة الاصطناعية البحتة. تعمل التصميمات القائمة على مواد متوافقة حيوياً وقابلة للتشوه كمنصات جديدة للاستخدام في الجسم الحي، وتعزيز إمكانات الروبوتات الدقيقة للتطبيقات الطبية الحيوية. في دراسة حديثة ذكرت في مواد الطبيعة، يصف الباحثون منصة ميكروبوت مستوحاة من الأحياء تتكون من طحالب معدلة بجسيمات نانوية لتوصيل المضادات الحيوية بفعالية لعلاج أمراض الرئة.
مهندسو النانو في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس الطحالب الدقيقة المعدلة ، وهي كائن طبيعي ، من خلال تغطية سطحها بجسيمات نانوية بوليمر محملة بالعقاقير (NPs) مغلفة بأغشية العدلات (نوع من خلايا الدم البيضاء). أطلق الباحثون على تصميمهم الجديد اسم "algae-NP-robot".
العمل هو جهد مشترك بين مختبرات جوزيف وانج، وهو خبير في أبحاث الروبوتات الدقيقة والنانوية ، و Liangfang تشانغ، الذي تكمن خبرته في تطوير جزيئات نانوية تحاكي الخلايا لعلاج الالتهابات والأمراض الأخرى. اختار الباحثون أولاً اختبار روبوت الطحالب NP في الجسم الحي إيصال المضادات الحيوية لعلاج التهابات الرئة البكتيرية.
قام الباحثون بتعديل الطحالب باستخدام انقر فوق الكيمياء (التي فازت بجائزة نوبل للكيمياء لعام 2022) لإقران سطح الطحالب مع بوليمر NPs محملة بالمضادات الحيوية. بعد ذلك ، قاموا بإعطاء الروبوت الطحالب NP مباشرة في رئتي الفئران المصابة بالتهاب رئوي جرثومي ، عبر أنبوب يتم إدخاله في القصبة الهوائية.
توفر الطحالب حركة السباحة في الرئتين ، مما يسمح للروبوتات الدقيقة بالتحرك وإيصال المضادات الحيوية مباشرة إلى البكتيريا في رئتي الحيوانات. قضت روبوتات الطحالب NP بأمان على البكتيريا المسببة للالتهاب الرئوي ، مع بقاء جميع الفئران المعالجة على قيد الحياة خلال الثلاثين يومًا الماضية. في المقابل ، ماتت الفئران غير المعالجة في غضون ثلاثة أيام. لاحظ الفريق أن العلاج باستخدام الروبوتات الدقيقة كان أكثر فعالية من حقن المضادات الحيوية في مجرى الدم.
يساعد وجود العدلات على سطح الروبوتات الدقيقة في تحييد الجزيئات الالتهابية التي تنتجها البكتيريا في رئتي الفئران ، وكذلك عن طريق الجهاز المناعي للحيوان. طريقة التسليم هذه ، باستخدام الروبوتات الدقيقة للطحالب الحية ، تمنع بشكل فعال البلعمة بواسطة البلاعم (نوع آخر من خلايا الدم البيضاء) وتطيل من الاحتفاظ بالطحالب الروبوتات داخل الرئتين المصابة. يعد هذا إنجازًا مهمًا لأن البلاعم تحب ابتلاع وهضم أي مواد غريبة داخل جهاز المناعة.
لاكتساب نظرة ثاقبة على آلية التخليص ، درس الباحثون الحركة وسلوك حمل البضائع لروبوتات الطحالب- NP في محاكاة سائل الرئة. دراسة المحاكاة جنبا إلى جنب مع في الجسم الحي يسلط تسليم الأدوية الضوء على قدرة المنصة على توفير فعالية علاجية بأمان باستخدام روبوتات الطحالب المحملة بالأدوية.
تُظهر الروبوتات الدقيقة المستندة إلى البكتيريا إمكانية توصيل أدوية السرطان
"مع الحقن الوريدي ، أحيانًا يدخل جزء صغير جدًا من المضادات الحيوية إلى الرئتين. هذا هو السبب في أن العديد من العلاجات الحالية للمضادات الحيوية للالتهاب الرئوي لا تعمل بالشكل المطلوب ، مما يؤدي إلى معدلات وفيات عالية جدًا في المرضى الأكثر مرضًا ، كما يقول المؤلف المشارك فيكتور نيزت.
لا يزال هذا البحث في مرحلة إثبات المفهوم. تتضمن الخطوات المستقبلية فهم الآليات الكامنة وراء تفاعل الروبوتات الدقيقة مع جهاز المناعة. ومع ذلك ، يعتقد تشانغ أن التصميم الجديد سيدفع الحدود في مجال توصيل الأدوية المستهدفة.
