Vaihtoehtona puhtaasti synteettisille mikroroboteille tutkitaan biohybridimikrorobotteja, joissa yhdistyvät luonnollisten mikro-organismien liikkuvuus synteettisten komponenttien monitoiminnallisuuteen. Bioyhteensopiviin ja muotoutuviin materiaaleihin perustuvat mallit ovat uusia käyttöalustoja in vivo, mikä lisää mikrorobottien potentiaalia biolääketieteellisissä sovelluksissa. Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa Luonto Materiaalit, tutkijat kuvaavat bioinspiroitua mikrorobottialustaa, joka koostuu nanohiukkasilla modifioiduista levistä antibioottien aktiiviseen toimittamiseen keuhkosairauden hoitoon.
Nanoinsinöörit klo UC San Diego Jacobsin teknillinen korkeakoulu modifioidut mikrolevät, luonnollinen organismi, peittämällä sen pinnan lääkkeellä ladatuilla polymeerinanohiukkasilla (NP), jotka on päällystetty neutrofiilien (erääntyyppisten valkosolujen) kalvoilla. Tutkijat nimesivät uuden mallinsa "levä-NP-robotiksi".
Työ on laboratorioiden yhteistä työtä Joseph Wang, mikro- ja nanorobotiikan tutkimuksen asiantuntija ja Liangfang Zhang, jonka osaaminen on soluja jäljittelevien nanopartikkelien kehittämistä infektioiden ja muiden sairauksien hoitoon. Tutkijat päättivät testata ensin levä-NP-robottia in vivo antibioottien anto bakteeriperäisten keuhkoinfektioiden hoitoon.
Tutkijat modifioivat leviä käyttämällä napsautuskemiaa (joka voitti vuoden 2022 kemian Nobelin) yhdistämään leväpinta antibiootilla ladattujen polymeeri-NP:iden kanssa. Seuraavaksi he annostelivat levä-NP-robotin suoraan hiirten keuhkoihin, joilla oli bakteerikeuhkokuume, henkitorveen työnnetyn putken kautta.
Levät tarjoavat uintiliikettä keuhkoissa, jolloin mikrorobotit voivat liikkua ja toimittaa antibiootteja suoraan eläinten keuhkoissa oleviin bakteereihin. Levä-NP-robotit eliminoivat turvallisesti keuhkokuumetta aiheuttavat bakteerit, ja kaikki hoidetut hiiret selvisivät hengissä viimeiset 30 päivää. Sitä vastoin hoitamattomat hiiret kuolivat kolmen päivän kuluessa. Ryhmä totesi, että hoito mikrorobotilla oli tehokkaampaa kuin antibioottien injektointi verenkiertoon.
Neutrofiilien läsnäolo mikrorobotin pinnalla auttaa neutraloimaan hiirten keuhkojen bakteerien sekä eläimen immuunijärjestelmän tuottamia tulehduksellisia molekyylejä. Tämä kuljetusmenetelmä, jossa käytetään eläviä levämikrorobotteja, estää tehokkaasti makrofagien (toinen valkosolutyyppi) fagosytoosia ja pidentää levä-NP-robottien pysymistä tartunnan saaneissa keuhkoissa. Tämä on merkittävä saavutus, koska makrofagit haluavat imeä ja sulattaa kaikki vieraat aineet immuunijärjestelmän sisällä.
Saadakseen lisätietoa raivausmekanismista tutkijat tutkivat levä-NP-robottien liikettä ja lastinkuljetuskäyttäytymistä simuloidussa keuhkonesteessä. Simulaatiotutkimus yhdistettynä in vivo lääkkeiden jakelu korostaa alustan mahdollisuuksia tarjota turvallisesti terapeuttista tehoa lääkkeillä ladatuilla levä-NP-roboteilla.
Bakteeripohjaiset mikrorobotit osoittavat potentiaalia syöpälääkkeiden toimittamiseen
"Suonensisäisen injektion avulla joskus vain hyvin pieni osa antibiooteista pääsee keuhkoihin. Siksi monet nykyiset antibioottihoidot keuhkokuumeeseen eivät toimi niin hyvin kuin tarvitaan, mikä johtaa erittäin korkeaan kuolleisuuteen sairaimmilla potilailla", sanoo toinen kirjoittaja. Victor Nizet.
Tämä tutkimus on vielä testausvaiheessa. Tulevaisuuden vaiheet sisältävät mikrorobottien ja immuunijärjestelmän vuorovaikutuksen taustalla olevien mekanismien ymmärtämisen. Zhang kuitenkin uskoo, että uusi muotoilu lyö rajoja kohdistettujen lääkkeiden toimittamisen alalla.
