Biohybrid microrobots, which combine the motility of natural micro-organisms with the multifunctionality of synthetic components, are being studied as an alternative to purely synthetic microrobots. Designs based on biocompatible and deformable materials serve as novel platforms for use in vivo, sporind potențialul microroboților pentru aplicații biomedicale. Într-un studiu recent raportat în Materiale Natura, cercetătorii descriu o platformă de microrobot bioinspirată constând din alge modificate cu nanoparticule pentru administrarea activă de antibiotice pentru a trata bolile pulmonare.
Nanoinginerii de la Scoala de Inginerie UC San Diego Jacobs microalge modificate, un organism natural, prin acoperirea suprafeței sale cu nanoparticule de polimer (NP) încărcate cu medicamente acoperite cu membranele neutrofilelor (un tip de globule albe). Cercetătorii și-au numit noul design „alge-NP-robot”.
Lucrarea este un efort comun între laboratoarele de Joseph Wang, un expert în cercetare în micro și nanorobotică și Liangfang Zhang, a cărui expertiză constă în dezvoltarea nanoparticulelor care imită celulele pentru tratarea infecțiilor și a altor boli. Cercetătorii au ales să testeze mai întâi robotul alge-NP pentru in vivo administrarea de antibiotice pentru tratarea infecțiilor pulmonare bacteriene.
Cercetătorii au modificat algele folosind chimia clic (care a câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 2022) pentru a cupla suprafața algelor cu NP-uri polimerice încărcate cu antibiotice. Apoi, ei au administrat robotul alge-NP direct în plămânii șoarecilor cu pneumonie bacteriană, printr-un tub introdus în trahee.
Algele asigură mișcarea de înot în plămâni, permițând microroboților să se miște și să livreze antibiotice direct bacteriilor din plămânii animalelor. Algele-NP-roboții au eliminat în siguranță bacteriile cauzatoare de pneumonie, toți șoarecii tratați supraviețuind în ultimele 30 de zile. În schimb, șoarecii netrați au murit în trei zile. Echipa a observat că tratamentul cu microroboți a fost mai eficient decât injectarea de antibiotice în fluxul sanguin.
Prezența neutrofilelor pe suprafața microroboților ajută la neutralizarea moleculelor inflamatorii produse de bacteriile din plămânii șoarecilor, precum și de sistemul imunitar al animalului. Această metodă de livrare, folosind microroboți de alge vii, inhibă eficient fagocitoza de către macrofage (un alt tip de globule albe) și prelungește retenția de alge-NP-roboți în interiorul plămânilor infectați. Aceasta este o realizare semnificativă, deoarece macrofagelor le place să înghită și să digere orice substanțe străine din interiorul sistemului imunitar.
Pentru a obține mai multe informații despre mecanismul de eliberare, cercetătorii au studiat mișcarea și comportamentul de transport de marfă al roboților alge-NP în fluidul pulmonar simulat. Studiul de simulare combinat cu in vivo livrarea de medicamente evidențiază potențialul platformei de a oferi în siguranță eficacitate terapeutică cu alge-NP-roboți încărcate cu medicamente.
Microroboții bazați pe bacterii arată potențialul de livrare a medicamentelor pentru cancer
„Cu o injecție IV, uneori doar o fracțiune foarte mică de antibiotice va ajunge în plămâni. De aceea, multe tratamente antibiotice actuale pentru pneumonie nu funcționează atât de bine pe cât este necesar, ceea ce duce la rate foarte mari de mortalitate la cei mai bolnavi pacienți'', spune coautorul. Victor Nizet.
This research is still at the proof-of-concept stage. Future steps involve understanding the mechanisms underlying the interaction of microrobots with the immune system. However, Zhang believes that the new design will push the boundaries in the field of targeted drug delivery.
