Биогибридные микророботы, сочетающие в себе подвижность природных микроорганизмов с многофункциональностью синтетических компонентов, изучаются как альтернатива чисто синтетическим микророботам. Конструкции на основе биосовместимых и деформируемых материалов служат новой платформой для использования. в естественных условиях, расширяя потенциал микророботов для биомедицинских приложений. В недавнем исследовании, опубликованном в Природа материалы, исследователи описывают биоинспирированную платформу микророботов, состоящую из водорослей, модифицированных наночастицами, для активной доставки антибиотиков для лечения заболеваний легких.
Наноинженеры в Инженерная школа Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс модифицированные микроводоросли, природный организм, путем покрытия его поверхности полимерными наночастицами (НЧ), содержащими лекарственные средства, покрытыми мембранами нейтрофилов (разновидность лейкоцитов). Исследователи назвали свой новый дизайн «водоросли-NP-робот».
Работа является совместным усилием лабораторий Джозеф Ван, эксперт в области исследований микро- и нанороботов, и Лянфан Чжан, чей опыт заключается в разработке имитирующих клетки наночастиц для лечения инфекций и других заболеваний. Исследователи решили сначала протестировать робота-водоросля-NP для в естественных условиях введение антибиотиков для лечения бактериальных инфекций легких.
Исследователи модифицировали водоросли, используя химию щелчков (который получил Нобелевскую премию по химии 2022 года), чтобы соединить поверхность водорослей с полимерными НЧ, содержащими антибиотики. Затем они вводили NP-робота из водорослей непосредственно в легкие мышей с бактериальной пневмонией через трубку, вставленную в трахею.
Водоросли обеспечивают плавательное движение в легких, позволяя микророботам перемещаться и доставлять антибиотики непосредственно к бактериям в легких животных. Роботы-водоросли-NP безопасно устраняли бактерии, вызывающие пневмонию, при этом все обработанные мыши выжили в течение последних 30 дней. Напротив, необработанные мыши погибли в течение трех дней. Команда отметила, что лечение с помощью микророботов было более эффективным, чем введение антибиотиков в кровоток.
Присутствие нейтрофилов на поверхности микроробота помогает нейтрализовать воспалительные молекулы, вырабатываемые бактериями в легких мышей, а также иммунной системой животного. Этот метод доставки с использованием живых микророботов-водорослей эффективно ингибирует фагоцитоз макрофагами (другой тип лейкоцитов) и продлевает удержание NP-роботов-водорослей внутри инфицированных легких. Это значительное достижение, поскольку макрофаги любят поглощать и переваривать любые чужеродные вещества внутри иммунной системы.
Чтобы получить более глубокое представление о механизме очистки, исследователи изучили движение и поведение роботов-водорослей-NP в моделированной легочной жидкости. Симуляционное исследование в сочетании с в естественных условиях доставка лекарств подчеркивает потенциал платформы для безопасного обеспечения терапевтической эффективности с помощью загруженных лекарствами роботов из водорослей-NP.
Микророботы на основе бактерий демонстрируют потенциал для доставки лекарств от рака
«При внутривенной инъекции иногда в легкие попадает лишь очень небольшая часть антибиотиков. Вот почему многие современные антибиотики для лечения пневмонии не работают должным образом, что приводит к очень высокому уровню смертности среди самых больных пациентов», — говорит соавтор. Виктор Низе.
Это исследование все еще находится на стадии подтверждения концепции. Будущие шаги предполагают понимание механизмов, лежащих в основе взаимодействия микророботов с иммунной системой. Однако Чжан считает, что новая конструкция расширит границы в области адресной доставки лекарств.
