Biohibridni mikroroboti, ki združujejo gibljivost naravnih mikroorganizmov z multifunkcionalnostjo sintetičnih komponent, se proučujejo kot alternativa čisto sintetičnim mikrorobotom. Zasnove, ki temeljijo na biokompatibilnih in deformabilnih materialih, služijo kot nove platforme za uporabo vivo, povečanje potenciala mikrorobotov za biomedicinske aplikacije. V nedavni študiji, o kateri so poročali v Nature Materials, raziskovalci opisujejo bioinspirirano platformo mikrorobotov, sestavljeno iz alg, spremenjenih z nanodelci, za aktivno dostavo antibiotikov za zdravljenje pljučnih bolezni.
Nanoinženirji pri Inženirska šola UC San Diego Jacobs modificirane mikroalge, naravnega organizma, tako da njeno površino prekrijejo z zdravilno napolnjenimi polimernimi nanodelci (NP), prevlečenimi z membrano nevtrofilcev (vrsta belih krvnih celic). Raziskovalci so svojo novo zasnovo poimenovali "algae-NP-robot".
Delo je skupno delo laboratorijev Joseph Wang, strokovnjak za mikro- in nanorobotske raziskave in Liangfang Zhang, katerega strokovnost je v razvoju nanodelcev, ki posnemajo celice, za zdravljenje okužb in drugih bolezni. Raziskovalci so se odločili, da bodo najprej preizkusili algae-NP-robot za vivo dajanje antibiotikov za zdravljenje bakterijskih okužb pljuč.
Raziskovalci so spremenili alge s pomočjo kemije klikanja (ki je leta 2022 prejel Nobelovo nagrado za kemijo) za spajanje površine alg s polimernimi NP-ji, napolnjenimi z antibiotiki. Nato so aplicirali algae-NP-robot neposredno v pljuča miši z bakterijsko pljučnico, preko cevke, vstavljene v sapnik.
Alge zagotavljajo plavalno gibanje v pljučih, kar omogoča mikrorobotom, da se premikajo in dostavljajo antibiotike neposredno bakterijam v pljučih živali. Roboti alge-NP so varno odstranili bakterije, ki povzročajo pljučnico, pri čemer so vse zdravljene miši preživele zadnjih 30 dni. Nasprotno pa so nezdravljene miši poginile v treh dneh. Ekipa je ugotovila, da je bilo zdravljenje z mikroroboti učinkovitejše od vbrizgavanja antibiotikov v krvni obtok.
Prisotnost nevtrofilcev na površini mikrorobota pomaga nevtralizirati vnetne molekule, ki jih proizvajajo bakterije v pljučih miši, pa tudi imunski sistem živali. Ta način dostave z uporabo živih mikrorobotov alg učinkovito zavira fagocitozo makrofagov (druga vrsta belih krvnih celic) in podaljša zadrževanje robotov alg-NP v okuženih pljučih. To je pomemben dosežek, saj makrofagi radi zajamejo in prebavijo vse tuje snovi v imunskem sistemu.
Da bi pridobili nadaljnji vpogled v mehanizem čiščenja, so raziskovalci preučevali gibanje in prenašanje tovora robotov alg-NP v simulirani pljučni tekočini. Simulacijska študija v kombinaciji z vivo dostava zdravil poudarja potencial platforme za varno zagotavljanje terapevtske učinkovitosti z alga-NP-roboti, polnjenimi z zdravili.
Mikroroboti na osnovi bakterij kažejo potencial za dostavo zdravil proti raku
»Z intravensko injekcijo včasih v pljuča pride le zelo majhen delež antibiotikov. Zato številna trenutna antibiotična zdravljenja pljučnice ne delujejo tako dobro, kot je potrebno, kar vodi do zelo visoke stopnje umrljivosti pri najbolj bolnih bolnikih,'' pravi soavtor Victor Nizet.
Ta raziskava je še vedno v fazi dokazovanja koncepta. Prihodnji koraki vključujejo razumevanje mehanizmov, na katerih temelji interakcija mikrorobotov z imunskim sistemom. Vendar Zhang verjame, da bo nova zasnova premaknila meje na področju ciljne dostave zdravil.
