Mikrorobot biohibrid, yang menggabungkan motilitas mikroorganisme alami dengan multifungsi komponen sintetik, sedang dipelajari sebagai alternatif terhadap mikrorobot sintetik murni. Desain berdasarkan bahan biokompatibel dan dapat diubah bentuknya berfungsi sebagai platform baru untuk digunakan in vivo, meningkatkan potensi robot mikro untuk aplikasi biomedis. Dalam sebuah penelitian terbaru yang dilaporkan di Bahan Alam, para peneliti menggambarkan platform mikrorobot bioinspired yang terdiri dari ganggang yang dimodifikasi nanopartikel untuk pengiriman aktif antibiotik untuk mengobati penyakit paru-paru.
Nanoengineers di Sekolah Teknik UC San Diego Jacobs mikroalga yang dimodifikasi, organisme alami, dengan menutupi permukaannya dengan nanopartikel polimer (NP) berisi obat yang dilapisi dengan membran neutrofil (sejenis sel darah putih). Para peneliti menamai desain baru mereka "robot ganggang-NP".
Pekerjaan tersebut merupakan upaya bersama antara laboratorium-laboratorium tersebut joseph wang, seorang ahli dalam penelitian mikro dan nanorobotika, dan Liang Fang Zhang, yang keahliannya terletak pada pengembangan nanopartikel peniru sel untuk mengobati infeksi dan penyakit lainnya. Para peneliti memilih untuk menguji robot ganggang-NP terlebih dahulu in vivo pengiriman antibiotik untuk mengobati infeksi paru-paru bakteri.
Para peneliti memodifikasi alga dengan menggunakan kimia klik (yang memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2022) untuk memasangkan permukaan alga dengan NP polimer yang mengandung antibiotik. Selanjutnya, mereka memberikan robot ganggang-NP langsung ke paru-paru tikus dengan pneumonia bakteri, melalui tabung yang dimasukkan ke dalam trakea.
Ganggang memberikan gerakan berenang di paru-paru, memungkinkan robot mikro bergerak dan mengirimkan antibiotik langsung ke bakteri di paru-paru hewan. Robot ganggang-NP dengan aman menghilangkan bakteri penyebab pneumonia, dengan semua tikus yang dirawat bertahan hidup selama 30 hari. Sebaliknya, tikus yang tidak diobati mati dalam tiga hari. Tim mencatat bahwa pengobatan dengan robot mikro lebih efektif daripada injeksi antibiotik ke dalam aliran darah.
Kehadiran neutrofil pada permukaan robot mikro membantu menetralkan molekul inflamasi yang diproduksi oleh bakteri di paru-paru tikus, serta oleh sistem kekebalan hewan. Metode pengiriman ini, menggunakan mikrorobot alga hidup, secara efektif menghambat fagositosis oleh makrofag (jenis lain dari sel darah putih) dan memperpanjang retensi robot alga-NP di dalam paru-paru yang terinfeksi. Ini adalah pencapaian yang signifikan karena makrofag suka menelan dan mencerna zat asing apa pun di dalam sistem kekebalan.
Untuk mendapatkan wawasan lebih lanjut tentang mekanisme pembersihan, para peneliti mempelajari gerakan dan perilaku pembawa muatan robot ganggang-NP dalam cairan paru-paru yang disimulasikan. Studi simulasi digabungkan dengan in vivo pengiriman obat menyoroti potensi platform untuk memberikan kemanjuran terapeutik dengan aman dengan robot ganggang-NP yang memuat obat.
Mikrorobot berbasis bakteri menunjukkan potensi pengiriman obat kanker
“Dengan suntikan IV, terkadang hanya sebagian kecil antibiotik yang masuk ke paru-paru. Itulah sebabnya banyak perawatan antibiotik saat ini untuk pneumonia tidak bekerja sebaik yang dibutuhkan, menyebabkan tingkat kematian yang sangat tinggi pada pasien yang paling sakit,'' kata rekan penulis. Victor Nizet.
Penelitian ini masih dalam tahap pembuktian konsep. Langkah masa depan melibatkan pemahaman mekanisme yang mendasari interaksi mikrorobot dengan sistem kekebalan tubuh. Namun, Zhang yakin bahwa desain baru ini akan mendobrak batasan dalam bidang pemberian obat yang ditargetkan.
