Alternatiivina puhtsünteetilistele mikrorobotidele uuritakse biohübriidseid mikroroboteid, mis ühendavad looduslike mikroorganismide liikuvuse sünteetiliste komponentide multifunktsionaalsusega. Bioühilduvatel ja deformeeruvatel materjalidel põhinevad disainilahendused on uudsed kasutusplatvormid in vivo, suurendades mikrorobotite potentsiaali biomeditsiinilistes rakendustes. Hiljutises uuringus, millest teatati aastal Nature Materials, kirjeldavad teadlased bioinspireeritud mikrorobotiplatvormi, mis koosneb nanoosakestega modifitseeritud vetikatest antibiootikumide aktiivseks manustamiseks kopsuhaiguste raviks.
Nanoinsenerid juures UC San Diego Jacobsi tehnikakool modifitseeritud mikrovetikad, looduslik organism, kattes selle pinna ravimitega laetud polümeersete nanoosakestega (NP), mis on kaetud neutrofiilide (teatud tüüpi valgevereliblede) membraanidega. Teadlased nimetasid oma uue disaini "vetikate-NP-robotiks".
Töö on laborite ühine töö Joseph Wang, mikro- ja nanorobootika uuringute ekspert ning Liangfang Zhang, kelle teadmised seisnevad rakke jäljendavate nanoosakeste väljatöötamises infektsioonide ja muude haiguste raviks. Teadlased otsustasid kõigepealt testida vetikate-NP-robotit in vivo antibiootikumide manustamine bakteriaalsete kopsuinfektsioonide raviks.
Teadlased muutsid vetikaid klõpskeemia abil (mis pälvis 2022. aasta Nobeli keemiaauhinna), et siduda vetikapind antibiootikumidega laetud polümeersete NP-dega. Järgmisena manustati vetika-NP-roboti hingetorusse sisestatud toru kaudu otse bakteriaalse kopsupõletikuga hiirte kopsudesse.
Vetikad pakuvad kopsudes ujumisliikumist, võimaldades mikrorobotitel ringi liikuda ja toimetada antibiootikume otse loomade kopsudes olevatesse bakteritesse. Vetikate-NP-robotid kõrvaldasid ohutult kopsupõletikku põhjustavad bakterid, kõik ravitud hiired jäid ellu viimase 30 päeva jooksul. Seevastu ravimata hiired surid kolme päeva jooksul. Töörühm märkis, et ravi mikrorobotidega oli tõhusam kui antibiootikumide süstimine vereringesse.
Neutrofiilide olemasolu mikroroboti pinnal aitab neutraliseerida põletikulisi molekule, mida toodavad hiirte kopsudes olevad bakterid ja ka looma immuunsüsteem. See elusate vetikate mikroroboteid kasutav manustamisviis pärsib tõhusalt makrofaagide (teine valgevereliblede tüüp) fagotsütoosi ja pikendab vetikate-NP-robotite säilimist nakatunud kopsudes. See on märkimisväärne saavutus, kuna makrofaagidele meeldib immuunsüsteemis kõik võõrained endasse neelata ja seedida.
Kliirensimehhanismist täiendava ülevaate saamiseks uurisid teadlased vetikate-NP-robotite liikumist ja lasti kandmise käitumist simuleeritud kopsuvedelikus. Simulatsiooniuuring koos in vivo ravimite kohaletoimetamine tõstab esile platvormi potentsiaali pakkuda ohutult terapeutilist efektiivsust ravimitega koormatud vetikate-NP-robotidega.
Bakteritel põhinevad mikrorobotid näitavad potentsiaali vähiravimite kohaletoimetamiseks
“IV süstiga satub mõnikord kopsudesse vaid väga väike osa antibiootikume. Seetõttu ei tööta paljud praegused kopsupõletiku antibiootikumravid nii hästi kui vaja, mis põhjustab kõige haigemate patsientide väga kõrget suremust, "ütleb kaasautor. Victor Nizet.
See uurimus on endiselt kontseptsiooni tõestamise etapis. Edasised sammud hõlmavad mikrorobotite ja immuunsüsteemi koostoime aluseks olevate mehhanismide mõistmist. Siiski usub Zhang, et uus disain nihutab piire sihipärase ravimite kohaletoimetamise valdkonnas.
