Microrobôs biohíbridos, que combinam a motilidade de microrganismos naturais com a multifuncionalidade de componentes sintéticos, estão sendo estudados como alternativa aos microrobôs puramente sintéticos. Projetos baseados em materiais biocompatíveis e deformáveis servem como novas plataformas de uso in vivo, aumentando o potencial dos microrrobôs para aplicações biomédicas. Em um estudo recente relatado em Nature Materials, os pesquisadores descrevem uma plataforma de microrrobô bioinspirada que consiste em algas modificadas por nanopartículas para administração ativa de antibióticos para tratar doenças pulmonares.
Nanoengenheiros da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs microalgas modificadas, um organismo natural, cobrindo sua superfície com nanopartículas de polímero (NPs) carregadas de drogas revestidas com membranas de neutrófilos (um tipo de glóbulo branco). Os pesquisadores batizaram seu novo design de “algae-NP-robô”.
O trabalho é um esforço conjunto entre os laboratórios da José Wang, especialista em pesquisa em micro e nanorrobótica, e LiangfangZhang, cuja especialidade reside no desenvolvimento de nanopartículas que imitam células para o tratamento de infecções e outras doenças. Os pesquisadores escolheram primeiro testar o robô de algas NP para in vivo administração de antibióticos para tratar infecções pulmonares bacterianas.
Os pesquisadores modificaram as algas usando a química do clique (que ganhou o Prêmio Nobel de Química de 2022) para acoplar a superfície de algas com NPs de polímeros carregados com antibióticos. Em seguida, eles administraram o NP-robô de algas diretamente nos pulmões de camundongos com pneumonia bacteriana, por meio de um tubo inserido na traqueia.
As algas fornecem movimento de natação nos pulmões, permitindo que os microrrobôs se movam e distribuam antibióticos diretamente às bactérias nos pulmões dos animais. Os robôs NP-algas eliminaram com segurança as bactérias causadoras de pneumonia, com todos os camundongos tratados sobrevivendo por mais de 30 dias. Em contraste, os camundongos não tratados morreram em três dias. A equipe observou que o tratamento com microrrobôs foi mais eficaz do que a injeção de antibióticos na corrente sanguínea.
A presença de neutrófilos na superfície do microrobô ajuda a neutralizar as moléculas inflamatórias produzidas pelas bactérias nos pulmões dos camundongos, bem como pelo sistema imunológico do animal. Este método de entrega, usando microrrobôs de algas vivas, inibe efetivamente a fagocitose por macrófagos (outro tipo de glóbulo branco) e prolonga a retenção de robôs de algas NP dentro dos pulmões infectados. Esta é uma conquista significativa, pois os macrófagos gostam de engolir e digerir quaisquer substâncias estranhas dentro do sistema imunológico.
Para obter mais informações sobre o mecanismo de liberação, os pesquisadores estudaram o movimento e o comportamento de transporte de carga dos robôs algas-NP em fluido pulmonar simulado. O estudo de simulação combinado com in vivo A entrega de drogas destaca o potencial da plataforma para fornecer com segurança eficácia terapêutica com robôs de algas NP carregados com drogas.
Microrrobôs baseados em bactérias mostram potencial para entrega de medicamentos contra o câncer
“Com uma injeção IV, às vezes apenas uma fração muito pequena de antibióticos chega aos pulmões. É por isso que muitos tratamentos atuais com antibióticos para pneumonia não funcionam tão bem quanto o necessário, levando a taxas de mortalidade muito altas nos pacientes mais doentes'', diz o coautor Victor Nizet.
Esta pesquisa ainda está em fase de prova de conceito. Os passos futuros envolvem a compreensão dos mecanismos subjacentes à interação dos microrobôs com o sistema imunológico. No entanto, Zhang acredita que o novo design irá ultrapassar os limites no campo da distribuição direcionada de medicamentos.
