ไมโครโรบอทชีวภาพแบบไฮบริดซึ่งรวมการเคลื่อนที่ของจุลินทรีย์ตามธรรมชาติเข้ากับฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายของส่วนประกอบสังเคราะห์ กำลังได้รับการศึกษาเป็นทางเลือกแทนไมโครโรบอทสังเคราะห์ล้วนๆ การออกแบบที่ใช้วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและเปลี่ยนรูปได้ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มใหม่สำหรับการใช้งาน ในร่างกายยกระดับศักยภาพของไมโครโรบอทสำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์ ในการศึกษาล่าสุดที่รายงานใน วัสดุธรรมชาตินักวิจัยอธิบายถึงแพลตฟอร์มไมโครโรบ็อตที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพซึ่งประกอบด้วยสาหร่ายดัดแปลงอนุภาคนาโนสำหรับส่งยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาโรคปอด
วิศวกรนาโนที่ โรงเรียนวิศวกรรม UC San Diego Jacobs สาหร่ายขนาดเล็กดัดแปลงซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติโดยการปิดผิวด้วยอนุภาคนาโนโพลิเมอร์ (NPs) ที่ใส่ยาซึ่งเคลือบด้วยเยื่อหุ้มของนิวโทรฟิล (เซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่ง) นักวิจัยตั้งชื่อการออกแบบใหม่นี้ว่า "หุ่นยนต์สาหร่าย-NP"
งานนี้เป็นความพยายามร่วมกันระหว่างห้องปฏิบัติการของ โจเซฟหวางผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัยไมโครและหุ่นยนต์นาโน และ เหลียงฟางจางซึ่งมีความเชี่ยวชาญในการพัฒนาอนุภาคนาโนที่เลียนแบบเซลล์เพื่อรักษาโรคติดเชื้อและโรคอื่นๆ นักวิจัยเลือกที่จะทดสอบหุ่นยนต์สาหร่าย-NP ก่อน ในร่างกาย การให้ยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรียในปอด
นักวิจัยดัดแปลงสาหร่ายโดยใช้เคมีคลิก (ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2022) เพื่อจับคู่พื้นผิวสาหร่ายกับโพลิเมอร์ NPs ที่เติมยาปฏิชีวนะ จากนั้น พวกเขาให้สาหร่าย-NP-หุ่นยนต์เข้าไปในปอดของหนูที่เป็นโรคปอดบวมจากแบคทีเรียโดยตรง ผ่านทางท่อที่สอดเข้าไปในหลอดลม
สาหร่ายให้การเคลื่อนไหวว่ายน้ำในปอด ทำให้ไมโครโรบ็อตสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ และส่งยาปฏิชีวนะโดยตรงไปยังแบคทีเรียในปอดของสัตว์ หุ่นยนต์สาหร่าย-NP สามารถกำจัดแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคปอดบวมได้อย่างปลอดภัย โดยหนูที่ได้รับการรักษาทั้งหมดจะรอดชีวิตได้ภายใน 30 วันที่ผ่านมา ในทางตรงกันข้าม หนูที่ไม่ได้รับการรักษาจะเสียชีวิตภายในสามวัน ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าการรักษาด้วยไมโครโรบ็อตนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการฉีดยาปฏิชีวนะเข้าสู่กระแสเลือด
การปรากฏตัวของนิวโทรฟิลบนพื้นผิวของไมโครโรบอตช่วยต่อต้านโมเลกุลที่ก่อให้เกิดการอักเสบซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียในปอดของหนู เช่นเดียวกับจากระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์ วิธีการนำส่งนี้โดยใช้ไมโครโรบ็อตสาหร่ายที่มีชีวิต ยับยั้งเซลล์ทำลายเซลล์โดยแมคโครฟาจ (เซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดอื่น) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยืดระยะเวลาการคงอยู่ของหุ่นยนต์สาหร่าย-NP ภายในปอดที่ติดเชื้อ นี่เป็นความสำเร็จที่สำคัญเนื่องจากแมคโครฟาจชอบที่จะกลืนกินและย่อยสิ่งแปลกปลอมภายในระบบภูมิคุ้มกัน
เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการกวาดล้าง นักวิจัยได้ศึกษาการเคลื่อนไหวและพฤติกรรมการบรรทุกสินค้าของหุ่นยนต์สาหร่าย-NP ในของเหลวปอดจำลอง การศึกษาสถานการณ์จำลองร่วมกับ ในร่างกาย การส่งมอบยาเน้นให้เห็นถึงศักยภาพของแพลตฟอร์มในการมอบประสิทธิภาพการรักษาอย่างปลอดภัยด้วยหุ่นยนต์สาหร่ายที่บรรจุยา NP
ไมโครโรบอทที่ใช้แบคทีเรียแสดงศักยภาพในการนำส่งยามะเร็ง
“ด้วยการฉีดเข้าเส้นเลือดดำ บางครั้งยาปฏิชีวนะเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะเข้าไปในปอดได้ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะในปัจจุบันสำหรับโรคปอดบวมจึงไม่ได้ผลตามที่ต้องการ ซึ่งนำไปสู่อัตราการเสียชีวิตที่สูงมากในผู้ป่วยที่ป่วยหนักที่สุด" ผู้เขียนร่วมกล่าว วิคเตอร์ นิเซท.
งานวิจัยนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการพิสูจน์แนวคิด ขั้นตอนในอนาคตเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจกลไกที่เป็นพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์ของไมโครบอทกับระบบภูมิคุ้มกัน อย่างไรก็ตาม Zhang เชื่อว่าการออกแบบใหม่นี้จะขยายขอบเขตในด้านการจัดส่งยาแบบกำหนดเป้าหมาย
