Τα βιοϋβριδικά μικρορομπότ, τα οποία συνδυάζουν την κινητικότητα των φυσικών μικροοργανισμών με την πολυλειτουργικότητα των συνθετικών συστατικών, μελετώνται ως εναλλακτική λύση στα αμιγώς συνθετικά μικρορομπότ. Σχέδια που βασίζονται σε βιοσυμβατά και παραμορφώσιμα υλικά χρησιμεύουν ως νέες πλατφόρμες χρήσης ίη νίνο, ενισχύοντας τις δυνατότητες των μικρορομπότ για βιοϊατρικές εφαρμογές. Σε μια πρόσφατη μελέτη που αναφέρθηκε στο Φύση Υλικά, οι ερευνητές περιγράφουν μια βιοεμπνευσμένη πλατφόρμα μικρορομπότ που αποτελείται από φύκια τροποποιημένα με νανοσωματίδια για την ενεργή παροχή αντιβιοτικών για τη θεραπεία της πνευμονικής νόσου.
Νανομηχανικοί στο UC San Diego Jacobs School of Engineering τροποποιημένα μικροφύκη, ένας φυσικός οργανισμός, καλύπτοντας την επιφάνειά του με πολυμερή νανοσωματίδια φορτωμένα με φάρμακα (NPs) επικαλυμμένα με μεμβράνες ουδετερόφιλων (ένας τύπος λευκών αιμοσφαιρίων). Οι ερευνητές ονόμασαν το νέο τους σχέδιο «άλγη-ΝΡ-ρομπότ».
Το έργο είναι μια κοινή προσπάθεια μεταξύ των εργαστηρίων του Τζόζεφ Γουάνγκ, ειδικός στην έρευνα μικρο- και νανορομποτικής, και Liangfang Zhang, της οποίας η τεχνογνωσία έγκειται στην ανάπτυξη νανοσωματιδίων που μιμούνται τα κύτταρα για τη θεραπεία λοιμώξεων και άλλων ασθενειών. Οι ερευνητές επέλεξαν να δοκιμάσουν πρώτα το ρομπότ-φύκια-NP ίη νίνο χορήγηση αντιβιοτικών για τη θεραπεία βακτηριακών πνευμονικών λοιμώξεων.
Οι ερευνητές τροποποίησαν τα φύκια χρησιμοποιώντας χημεία κλικ (που κέρδισε το Νόμπελ Χημείας 2022) για τη σύζευξη της επιφάνειας των φυκών με πολυμερή NP φορτωμένα με αντιβιοτικά. Στη συνέχεια, χορήγησαν το ρομπότ-φύκη-NP απευθείας στους πνεύμονες ποντικών με βακτηριακή πνευμονία, μέσω ενός σωλήνα που είχε εισαχθεί στην τραχεία.
Τα φύκια παρέχουν κίνηση κολύμβησης στους πνεύμονες, επιτρέποντας στα μικρορομπότ να κινούνται και να παρέχουν αντιβιοτικά απευθείας στα βακτήρια στους πνεύμονες των ζώων. Τα ρομπότ Algae-NP εξάλειψαν με ασφάλεια τα βακτήρια που προκαλούσαν πνευμονία, με όλα τα ποντίκια που υποβλήθηκαν σε θεραπεία να επιβίωσαν τις τελευταίες 30 ημέρες. Αντίθετα, τα ποντίκια που δεν υποβλήθηκαν σε θεραπεία πέθαναν μέσα σε τρεις ημέρες. Η ομάδα σημείωσε ότι η θεραπεία με μικρορομπότ ήταν πιο αποτελεσματική από την ένεση αντιβιοτικών στην κυκλοφορία του αίματος.
Η παρουσία ουδετερόφιλων στην επιφάνεια του μικρορομπότ βοηθά στην εξουδετέρωση των φλεγμονωδών μορίων που παράγονται από τα βακτήρια στους πνεύμονες των ποντικών, καθώς και από το ανοσοποιητικό σύστημα του ζώου. Αυτή η μέθοδος χορήγησης, χρησιμοποιώντας μικρορομπότ ζωντανών φυκιών, αναστέλλει αποτελεσματικά τη φαγοκυττάρωση από μακροφάγα (άλλος τύπος λευκών αιμοσφαιρίων) και παρατείνει τη διατήρηση των ρομπότ φυκιών-NP μέσα στους μολυσμένους πνεύμονες. Αυτό είναι ένα σημαντικό επίτευγμα, καθώς στα μακροφάγα αρέσει να καταβροχθίζουν και να αφομοιώνουν τυχόν ξένες ουσίες μέσα στο ανοσοποιητικό σύστημα.
Για να αποκτήσουν περαιτέρω γνώση του μηχανισμού κάθαρσης, οι ερευνητές μελέτησαν την κίνηση και τη συμπεριφορά μεταφοράς φορτίου των ρομπότ φυκιών-NP σε προσομοιωμένο πνευμονικό υγρό. Η μελέτη προσομοίωσης σε συνδυασμό με ίη νίνο Η παράδοση φαρμάκων υπογραμμίζει τις δυνατότητες της πλατφόρμας να παρέχει με ασφάλεια θεραπευτική αποτελεσματικότητα με ρομπότ φυκιών-NP φορτωμένα με φάρμακα.
Τα μικρορομπότ που βασίζονται σε βακτήρια δείχνουν δυνατότητες χορήγησης αντικαρκινικών φαρμάκων
«Με μια ενδοφλέβια ένεση, μερικές φορές μόνο ένα πολύ μικρό κλάσμα αντιβιοτικών θα εισέλθει στους πνεύμονες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλές τρέχουσες θεραπείες με αντιβιοτικά για την πνευμονία δεν λειτουργούν τόσο καλά όσο χρειάζεται, οδηγώντας σε πολύ υψηλά ποσοστά θνησιμότητας στους πιο άρρωστους ασθενείς», λέει ο συν-συγγραφέας. Βίκτορ Νιζέτ.
Αυτή η έρευνα βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της απόδειξης της ιδέας. Τα μελλοντικά βήματα περιλαμβάνουν την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την αλληλεπίδραση των μικρορομπότ με το ανοσοποιητικό σύστημα. Ωστόσο, ο Zhang πιστεύει ότι ο νέος σχεδιασμός θα ξεπεράσει τα όρια στον τομέα της στοχευμένης διανομής φαρμάκων.
