A tisztán szintetikus mikrorobotok alternatívájaként vizsgálják a biohibrid mikrorobotokat, amelyek kombinálják a természetes mikroorganizmusok mozgékonyságát a szintetikus komponensek multifunkcionalitásával. A biokompatibilis és deformálható anyagokon alapuló tervek újszerű platformként szolgálnak a felhasználáshoz in vivo, növelve a mikrorobotokban rejlő lehetőségeket az orvosbiológiai alkalmazásokban. Egy nemrégiben készült tanulmányban, amelyről beszámoltak Természeti anyagokA kutatók egy bioinspirált mikrorobot platformot írnak le, amely nanorészecskékkel módosított algákból áll az antibiotikumok aktív bejuttatására a tüdőbetegségek kezelésére.
Nanomérnökök a UC San Diego Jacobs Mérnöki Iskola módosított mikroalgák, egy természetes organizmus, felületét neutrofilek (a fehérvérsejtek egy fajtája) membránjával bevont, gyógyszerrel töltött polimer nanorészecskékkel (NP-kkel) borítva. A kutatók új tervüket „alga-NP-robot”-nak nevezték el.
A munka a laboratóriumok közös erőfeszítése Joseph Wang, a mikro- és nanorobotikai kutatások szakértője, és Liangfang Zhang, amelynek szakértelme a sejtutánzó nanorészecskék fejlesztésében rejlik fertőzések és más betegségek kezelésére. A kutatók úgy döntöttek, hogy először tesztelik az alga-NP-robotot in vivo antibiotikum beadása bakteriális tüdőfertőzések kezelésére.
A kutatók kattintás kémia segítségével módosították az algákat (amely 2022-ben elnyerte a kémiai Nobel-díjat), hogy az algák felületét antibiotikummal töltött polimer NP-kkel kapcsolják össze. Ezután az alga-NP-robotot közvetlenül a bakteriális tüdőgyulladásban szenvedő egerek tüdejébe juttatták a légcsőbe helyezett csövön keresztül.
Az algák úszómozgást biztosítanak a tüdőben, lehetővé téve a mikrorobotok számára, hogy mozogjanak, és közvetlenül az állatok tüdejében lévő baktériumokhoz juttatják az antibiotikumokat. Az alga-NP-robotok biztonságosan eltávolították a tüdőgyulladást okozó baktériumokat, az összes kezelt egér túlélte az elmúlt 30 napot. Ezzel szemben a kezeletlen egerek három napon belül elpusztultak. A csapat megállapította, hogy a mikrorobotokkal végzett kezelés hatékonyabb volt, mint az antibiotikumok véráramba való befecskendezése.
A neutrofilek jelenléte a mikrorobot felszínén segít semlegesíteni az egerek tüdejében lévő baktériumok által termelt gyulladásos molekulákat, valamint az állatok immunrendszerét. Ez az élő algás mikrorobotokat alkalmazó bejuttatási módszer hatékonyan gátolja a makrofágok (egy másik típusú fehérvérsejt) fagocitózisát, és meghosszabbítja az alga-NP-robotok visszatartását a fertőzött tüdőben. Ez jelentős eredmény, mivel a makrofágok szeretnek elnyelni és megemészteni az immunrendszerben lévő idegen anyagokat.
Annak érdekében, hogy további betekintést nyerjenek a kiürítési mechanizmusba, a kutatók az alga-NP-robotok mozgását és rakományszállítási viselkedését tanulmányozták szimulált tüdőfolyadékban. A szimulációs tanulmány kombinálva in vivo A gyógyszerszállítás rávilágít arra, hogy a platform biztonságosan nyújthat terápiás hatékonyságot a gyógyszerrel töltött alga-NP-robotokkal.
A baktérium alapú mikrorobotok potenciált mutatnak a rákgyógyszer szállítására
„Intravénás injekcióval néha az antibiotikumoknak csak nagyon kis része kerül a tüdőbe. Ez az oka annak, hogy a tüdőgyulladás számos jelenlegi antibiotikus kezelése nem működik a szükséges mértékben, ami a legbetegebb betegek nagyon magas halálozási arányához vezet" - mondja a szerzőtárs. Victor Nizet.
Ez a kutatás még a koncepció bizonyítási szakaszában tart. A jövőbeni lépések magukban foglalják a mikrorobotok és az immunrendszer közötti kölcsönhatás mögött meghúzódó mechanizmusok megértését. Zhang azonban úgy véli, hogy az új kialakítás kitágítja a határokat a célzott gyógyszerszállítás terén.
