Біогібридні мікророботи, які поєднують рухливість природних мікроорганізмів із багатофункціональністю синтетичних компонентів, вивчаються як альтернатива суто синтетичним мікророботам. Конструкції на основі біосумісних і деформованих матеріалів служать новими платформами для використання в природних умовах, підвищення потенціалу мікророботів для біомедичних застосувань. У недавньому дослідженні, повідомленому в Матеріали природи, дослідники описують платформу мікророботів, що складається з модифікованих наночастинками водоростей для активної доставки антибіотиків для лікування захворювань легенів.
Наноінженери в UC San Diego Jacobs School of Engineering модифіковані мікроводорості, природний організм, покриваючи його поверхню полімерними наночастинками (НП), вкритими мембранами нейтрофілів (типу білих кров’яних клітин). Дослідники назвали свою нову конструкцію «водорості-NP-робот».
Робота є спільними зусиллями лабораторій ім Джозеф Ван, експерт з досліджень мікро- та наноробототехніки та Лянфан Чжан, чий досвід полягає в розробці клітинно-імітуючих наночастинок для лікування інфекцій та інших захворювань. Дослідники вирішили спочатку протестувати водорості-NP-робота в природних умовах доставка антибіотиків для лікування бактеріальних інфекцій легенів.
Дослідники модифікували водорості за допомогою клацаючої хімії (яка отримала Нобелівську премію з хімії 2022 року), щоб з’єднати поверхню водоростей із завантаженими антибіотиками полімерними НЧ. Потім вони вводили водоростевий NP-робот безпосередньо в легені мишей з бактеріальною пневмонією через трубку, вставлену в трахею.
Водорості забезпечують плавальний рух у легенях, дозволяючи мікророботам пересуватися та доставляти антибіотики безпосередньо до бактерій у легенях тварин. Роботи algae-NP безпечно знищили бактерії, що викликають пневмонію, і всі миші, які отримали лікування, вижили протягом останніх 30 днів. Навпаки, необроблені миші гинули протягом трьох днів. Команда відзначила, що лікування за допомогою мікророботів було ефективнішим, ніж введення антибіотиків у кров.
Наявність нейтрофілів на поверхні мікророботів допомагає нейтралізувати запальні молекули, що виробляються бактеріями в легенях мишей, а також імунною системою тварини. Цей метод доставки з використанням живих водоростевих мікророботів ефективно пригнічує фагоцитоз макрофагами (іншого типу лейкоцитів) і подовжує утримання водоростевих NP-роботів в інфікованих легенях. Це значне досягнення, оскільки макрофаги люблять поглинати та перетравлювати будь-які сторонні речовини всередині імунної системи.
Щоб отримати подальше розуміння механізму очищення, дослідники вивчили рух і поведінку водоростей-NP-роботів у симульованій легеневій рідині. Дослідження моделювання в поєднанні з в природних умовах доставка ліків підкреслює потенціал платформи для безпечного забезпечення терапевтичної ефективності за допомогою завантажених ліками водоростей-NP-роботів.
Мікророботи на основі бактерій демонструють потенціал доставки ліків від раку
«При внутрішньовенній ін’єкції іноді лише дуже мала частка антибіотиків потрапляє в легені. Ось чому багато сучасних антибіотикотерапій для лікування пневмонії не працюють належним чином, що призводить до дуже високого рівня смертності серед найхворіших пацієнтів», — говорить співавтор Віктор Нізет.
Це дослідження все ще знаходиться на стадії підтвердження концепції. Подальші кроки включають розуміння механізмів, що лежать в основі взаємодії мікророботів з імунною системою. Однак Чжан вважає, що новий дизайн розширить межі в області цільової доставки ліків.
