מיקרורובוטים ביו-היברידיים, המשלבים את התנועתיות של מיקרו-אורגניזמים טבעיים עם הרב-תכליתיות של רכיבים סינתטיים, נחקרים כחלופה למיקרו-רובוטים סינתטיים גרידא. עיצובים המבוססים על חומרים ביו-תואמים וניתנים לעיוות משמשים כפלטפורמות חדשות לשימוש in vivo, שיפור הפוטנציאל של מיקרורובוטים ליישומים ביו-רפואיים. במחקר שדווח לאחרונה ב חומרי טבע, חוקרים מתארים פלטפורמת מיקרורובוט בהשראה ביולוגית המורכבת מאצות שעברו שינוי ננו-חלקיקים לאספקה פעילה של אנטיביוטיקה לטיפול במחלות ריאה.
מהנדסי ננו ב- בית הספר להנדסה באוניברסיטת UC סן דייגו ג'ייקובס מיקרו-אצות שונות, אורגניזם טבעי, על ידי כיסוי פני השטח שלה בננו-חלקיקים פולימריים טעוני תרופות (NPs) המצופים בקרומים של נויטרופילים (סוג של תאי דם לבנים). החוקרים כינו את העיצוב החדש שלהם בשם "רובוט אצות-NP".
העבודה היא מאמץ משותף בין המעבדות של ג'וזף וואנג, מומחה לחקר מיקרו וננורובוטיקה, ו ליאנגפאנג ג'אנג, שמומחיותו טמונה בפיתוח ננו-חלקיקים מחקים תאים לטיפול בזיהומים ומחלות אחרות. החוקרים בחרו לבדוק תחילה את רובוט האצות-NP in vivo מתן אנטיביוטיקה לטיפול בזיהומי ריאות חיידקיים.
החוקרים שינו את האצות באמצעות כימיה של קליקים (שזכה בפרס נובל לכימיה לשנת 2022) כדי לחבר את משטח האצות עם NPs פולימריים טעונים באנטיביוטיקה. לאחר מכן, הם העניקו את רובוט האצות-NP ישירות לריאות של עכברים עם דלקת ריאות חיידקית, דרך צינור שהוכנס לקנה הנשימה.
האצות מספקות תנועת שחייה בריאות, ומאפשרות למיקרורובוטים לנוע ולהעביר אנטיביוטיקה ישירות לחיידקים בריאות של החיות. רובוטי האצות-NP חיסלו בבטחה חיידקים הגורמים לדלקת ריאות, כאשר כל העכברים שטופלו שרדו את 30 הימים האחרונים. לעומת זאת, עכברים שלא טופלו מתו תוך שלושה ימים. הצוות ציין שטיפול במיקרורובוטים היה יעיל יותר מהזרקת אנטיביוטיקה לזרם הדם.
נוכחותם של נויטרופילים על משטח המיקרורובוט עוזרת לנטרל מולקולות דלקתיות המיוצרות על ידי החיידקים בריאות העכברים, כמו גם על ידי מערכת החיסון של החיה. שיטת מסירה זו, באמצעות מיקרורובוטים של אצות חיות, מעכבת למעשה פגוציטוזיס על ידי מקרופאגים (סוג אחר של תאי דם לבנים) ומאריכה את החזקת רובוטי אצות-NP בתוך הריאות הנגועות. זהו הישג משמעותי שכן מקרופאגים אוהבים לבלוע ולעכל כל חומר זר בתוך מערכת החיסון.
כדי לקבל תובנה נוספת לגבי מנגנון הפינוי, החוקרים חקרו את התנועה והתנהגות נשיאת המטען של רובוטי האצות-NP בנוזל ריאות מדומה. מחקר הסימולציה בשילוב עם in vivo אספקת תרופות מדגישה את הפוטנציאל של הפלטפורמה לספק יעילות טיפולית בבטחה עם רובוטי אצות-NP-עמוסי תרופות.
מיקרורובוטים מבוססי חיידקים מראים פוטנציאל למתן תרופות לסרטן
"עם הזרקת IV, לפעמים רק חלק קטן מאוד של אנטיביוטיקה ייכנס לריאות. זו הסיבה שהרבה טיפולים אנטיביוטיים עכשוויים לדלקת ריאות אינם פועלים כנדרש, מה שמוביל לשיעורי תמותה גבוהים מאוד בחולים החולים ביותר", אומר שותף ויקטור ניזט.
המחקר הזה עדיין בשלב הוכחת הרעיון. צעדים עתידיים כוללים הבנת המנגנונים העומדים בבסיס האינטראקציה של מיקרורובוטים עם מערכת החיסון. עם זאת, ג'אנג מאמין שהעיצוב החדש ידחוף את הגבולות בתחום אספקת תרופות ממוקדת.
