میکروربات‌های بیوهیبرید، که تحرک میکروارگانیسم‌های طبیعی را با چند کارکردی اجزای مصنوعی ترکیب می‌کنند، به عنوان جایگزینی برای میکروربات‌های صرفاً مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرند. طرح‌های مبتنی بر مواد زیست‌سازگار و تغییر شکل‌پذیر به‌عنوان پلتفرم‌های جدید برای استفاده عمل می‌کنند در داخل بدن، افزایش پتانسیل میکرو ربات ها برای کاربردهای زیست پزشکی. در مطالعه اخیر گزارش شده در مواد طبیعتمحققان یک پلت فرم میکروربات الهام گرفته از زیستی متشکل از جلبک های اصلاح شده با نانوذرات را برای تحویل فعال آنتی بیوتیک ها برای درمان بیماری های ریوی توصیف می کنند.
مهندسان نانو در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs ریزجلبک‌های اصلاح‌شده، یک موجود طبیعی، با پوشاندن سطح آن با نانوذرات پلیمری حاوی دارو (NPs) که با غشای نوتروفیل‌ها (نوعی گلبول سفید خون) پوشانده شده‌اند. محققان طرح جدید خود را "ربات جلبکی-NP" نامگذاری کردند.
این کار یک تلاش مشترک بین آزمایشگاه های جوزف وانگ، متخصص در تحقیقات میکرو و نانورباتیک و لیانگ فانگ ژانگکه تخصص آن در توسعه نانوذرات شبیه‌ساز سلولی برای درمان عفونت‌ها و سایر بیماری‌ها است. محققان تصمیم گرفتند ابتدا ربات جلبک-NP را آزمایش کنند در داخل بدن تحویل آنتی بیوتیک برای درمان عفونت های باکتریایی ریه.
محققان جلبک ها را با استفاده از شیمی کلیک تغییر دادند (که برنده جایزه نوبل شیمی 2022 شد) برای جفت کردن سطح جلبک با نانوذرات پلیمری حاوی آنتی بیوتیک. سپس، آنها ربات جلبک-NP را مستقیماً از طریق لوله ای که در نای قرار داده بود، به ریه های موش های مبتلا به ذات الریه باکتریایی وارد کردند.
جلبک‌ها حرکت شنا را در ریه‌ها فراهم می‌کنند و به میکروربات‌ها اجازه می‌دهند به اطراف حرکت کنند و آنتی‌بیوتیک‌ها را مستقیماً به باکتری‌های ریه‌های حیوانات برسانند. ربات‌های جلبک-NP به طور ایمن باکتری‌های عامل ذات‌الریه را از بین بردند و تمام موش‌های تحت درمان در 30 روز گذشته زنده ماندند. در مقابل، موش های درمان نشده در عرض سه روز مردند. این تیم خاطرنشان کرد که درمان با میکروربات ها موثرتر از تزریق آنتی بیوتیک به جریان خون است.
وجود نوتروفیل‌ها در سطح میکروربات به خنثی کردن مولکول‌های التهابی تولید شده توسط باکتری‌های ریه موش‌ها و همچنین سیستم ایمنی حیوان کمک می‌کند. این روش تحویل، با استفاده از میکروربات‌های جلبک زنده، فاگوسیتوز توسط ماکروفاژها (نوع دیگری از گلبول‌های سفید خون) را به طور موثر مهار می‌کند و ماندگاری ربات‌های جلبکی-NP را در داخل ریه‌های آلوده طولانی‌تر می‌کند. این یک دستاورد مهم است زیرا ماکروفاژها دوست دارند هر گونه ماده خارجی را در داخل سیستم ایمنی بدن ببلعند و هضم کنند.
برای به دست آوردن بینش بیشتر در مورد مکانیسم ترخیص، محققان حرکت و رفتار حمل بار ربات های جلبک-NP را در مایع ریه شبیه سازی شده مورد مطالعه قرار دادند. مطالعه شبیه سازی همراه با در داخل بدن تحویل دارو پتانسیل این پلتفرم را برای ارائه ایمن اثربخشی درمانی با ربات‌های جلبک-NP-دارویی نشان می‌دهد.
میکروربات‌های مبتنی بر باکتری پتانسیل انتقال داروی سرطان را نشان می‌دهند
با تزریق IV، گاهی اوقات فقط بخش بسیار کمی از آنتی بیوتیک ها وارد ریه ها می شود. به همین دلیل است که بسیاری از درمان‌های آنتی‌بیوتیکی فعلی برای ذات‌الریه به اندازه مورد نیاز کار نمی‌کنند و منجر به مرگ و میر بسیار بالایی در بیمارترین بیماران می‌شود.» ویکتور نیزه.
این تحقیق هنوز در مرحله اثبات مفهوم است. مراحل آینده شامل درک مکانیسم های نهفته در تعامل میکروربات ها با سیستم ایمنی است. با این حال، ژانگ معتقد است که طراحی جدید مرزها را در زمینه تحویل هدفمند دارو جابجا خواهد کرد.
