Các microrobot sinh học kết hợp khả năng vận động của vi sinh vật tự nhiên với tính đa chức năng của các thành phần tổng hợp đang được nghiên cứu như một giải pháp thay thế cho các microrobot tổng hợp thuần túy. Các thiết kế dựa trên vật liệu tương thích sinh học và có thể biến dạng đóng vai trò là nền tảng mới để sử dụng trong cơ thể, tăng cường tiềm năng của microrobots cho các ứng dụng y sinh. Trong một nghiên cứu gần đây được báo cáo trong Vật liệu tự nhiên, các nhà nghiên cứu mô tả một nền tảng microrobot lấy cảm hứng từ sinh học bao gồm tảo biến đổi hạt nano để cung cấp kháng sinh tích cực để điều trị bệnh phổi.
kỹ sư nano tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs biến đổi vi tảo, một sinh vật tự nhiên, bằng cách bao phủ bề mặt của nó bằng các hạt nano polyme (NP) chứa thuốc được phủ bằng màng của bạch cầu trung tính (một loại tế bào bạch cầu). Các nhà nghiên cứu đặt tên cho thiết kế mới của họ là “tảo-NP-robot”.
Công việc là một nỗ lực chung giữa các phòng thí nghiệm của Joseph Vương, một chuyên gia về nghiên cứu vi mô và nanorobotics, và Lương Phương Trương, người có chuyên môn trong việc phát triển các hạt nano bắt chước tế bào để điều trị nhiễm trùng và các bệnh khác. Các nhà nghiên cứu đã chọn thử nghiệm đầu tiên robot-NP-tảo cho trong cơ thể cung cấp kháng sinh để điều trị nhiễm trùng phổi do vi khuẩn.
Các nhà nghiên cứu đã biến đổi tảo bằng cách sử dụng hóa học nhấp chuột (đoạt giải Nobel Hóa học 2022) để kết hợp bề mặt tảo với các hạt nano polyme chứa kháng sinh. Tiếp theo, họ đưa robot-NP-tảo trực tiếp vào phổi của những con chuột bị viêm phổi do vi khuẩn, thông qua một ống được đưa vào khí quản.
Tảo cung cấp chuyển động bơi trong phổi, cho phép các robot siêu nhỏ di chuyển xung quanh và cung cấp kháng sinh trực tiếp cho vi khuẩn trong phổi của động vật. Robot-NP-tảo đã loại bỏ vi khuẩn gây viêm phổi một cách an toàn, với tất cả những con chuột được điều trị đều sống sót sau 30 ngày. Ngược lại, những con chuột không được điều trị đã chết trong vòng ba ngày. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng điều trị bằng robot siêu nhỏ hiệu quả hơn so với việc tiêm kháng sinh vào máu.
Sự hiện diện của bạch cầu trung tính trên bề mặt microrobot giúp vô hiệu hóa các phân tử gây viêm do vi khuẩn trong phổi của chuột cũng như hệ thống miễn dịch của động vật tạo ra. Phương pháp phân phối này, sử dụng vi rô-bốt tảo sống, ức chế hiệu quả quá trình thực bào của đại thực bào (một loại tế bào bạch cầu khác) và kéo dài thời gian lưu giữ rô-bốt-NP-tảo bên trong phổi bị nhiễm bệnh. Đây là một thành tựu quan trọng vì các đại thực bào muốn nuốt chửng và tiêu hóa bất kỳ chất lạ nào bên trong hệ thống miễn dịch.
Để hiểu rõ hơn về cơ chế giải phóng mặt bằng, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu chuyển động và hành vi vận chuyển hàng hóa của robot-NP-tảo trong dịch phổi mô phỏng. Nghiên cứu mô phỏng kết hợp với trong cơ thể phân phối thuốc làm nổi bật tiềm năng của nền tảng trong việc cung cấp hiệu quả điều trị một cách an toàn với rô-bốt NP-tảo được nạp thuốc.
Microrobots dựa trên vi khuẩn cho thấy tiềm năng phân phối thuốc điều trị ung thư
“Khi tiêm tĩnh mạch, đôi khi chỉ một phần rất nhỏ kháng sinh vào được phổi. Đó là lý do tại sao nhiều phương pháp điều trị viêm phổi bằng kháng sinh hiện nay không hiệu quả như mong muốn, dẫn đến tỷ lệ tử vong rất cao ở những bệnh nhân ốm yếu nhất'', đồng tác giả cho biết. Victor Nizet.
Nghiên cứu này vẫn đang ở giai đoạn chứng minh khái niệm. Các bước trong tương lai liên quan đến việc tìm hiểu các cơ chế làm cơ sở cho sự tương tác của microrobot với hệ thống miễn dịch. Tuy nhiên, Zhang tin rằng thiết kế mới sẽ vượt qua các ranh giới trong lĩnh vực phân phối thuốc có mục tiêu.
