Кто сказал, что размер имеет значение? Микророботы из Колорадо показали, что могут доставлять лекарства внутри тела

Ученые из Колорадского университета в Боулдере разработали новый класс микророботов , которые могут быстро перемещаться в жидкости. Их цель - в будущем использовать их для доставки лекарств внутри человеческого организма.

“Представьте, если микророботы могли бы выполнять определенные задачи в организме, например, неинвазивные операции”, - сказал Джин Ли, ведущий автор исследования и постдокторат в отделе химической и биологической инженерии.

“Вместо того, чтобы делать разрезы на пациенте, мы могли бы просто ввести роботов в организм через таблетку или инъекцию, и они бы сами выполнили процедуру”.

Конечно, это развитие еще не наступило, но инновация является огромным шагом вперед.

Микророботы группы имеют размер всего 20 микрометров в ширину, что в несколько раз меньше ширины человеческого волоса, и могут двигаться со скоростью около 3 миллиметров в секунду, или примерно 9000 раз своей длины в минуту.

В ходе исследования команда успешно использовала группы этих машин для доставки доз дексаметазона, общего стероидного препарата, в мочевые пузыри лабораторных мышей.

“Микромасштабные роботы вызывают много восторга в научных кругах, но то, что делает их интересными для нас, это то, что мы можем проектировать их так, чтобы они выполняли полезные задачи в организме”, - сказал К. Уайатт Шилдс, соавтор нового исследования и ассистент профессора химической и биологической инженерии.

Микророботы изготовлены из материалов, называемых биосовместимыми полимерами, с помощью технологии, похожей на 3D-печать.

Лечение заболеваний мочевого пузыря

Маленькие машины были протестированы на распространенной проблеме для людей: заболевании мочевого пузыря.

Они пытались принести облегчение тем, кто страдает от интерстициального цистита, также известного как болезненный синдром мочевого пузыря, с помощью лабораторных экспериментов, в которых ученые создали стаи микророботов с высокой концентрацией дексаметазона.

Они ввели тысячи этих ботов в мочевые пузыри лабораторных мышей и наблюдали за тем, как они распределяются по органам и приклеиваются к стенкам мочевого пузыря, что должно затруднять их выход через мочу.

Затем машины начали постепенно выделять свой дексаметазон в течение примерно двух дней, позволяя пациентам получать больше лекарств за более длительный период времени.

Несмотря на успешное испытание, команде нужно сделать много работы до того, как микророботы смогут перемещаться по реальным человеческим телам, например сделать машины полностью биоразлагаемыми таким образом чтобы они со временем растворялись в организме.

Александр Антипов, главный редактор Securitylab.ru считает, что исследование ученых из Колорадо демонстрирует потенциал микророботов для точечной доставки лекарств внутри человеческого организма. Это направление развития биомедицины имеет ряд преимуществ перед традиционными способами лечения, такими как системная химиотерапия или наночастицы. Микророботы могут активно перемещаться по жидкостям и тканям, преодолевая препятствия и градиенты давления, и доставлять лекарства в нужные места с высокой точностью и эффективностью. Кроме того, микророботы могут быть контролируемыми на расстоянии с помощью магнитных полей или других стимулов, что позволяет регулировать их скорость, направление и время высвобождения лекарства.

Микророботы для точечной доставки лекарств являются активной областью исследований в последние годы. Различные типы микророботов были разработаны для разных целей и приложений. По информации Александра, в 2020 году были созданы ксеноботы - микророботы из биологических тканей без использования металла и электроники. Они имеют преимущества биосовместимости и биоразлагаемости перед традиционными микророботами. В 2021 году были представлены мягкие микророботы, которые могут кататься по неровным поверхностям и депонировать вещества в точных местах в нейронной ткани . Они показали способность преодолевать склоны, двигаться против потока жидкости и выполнять сложные манипуляции. В 2022 году были изобретены амфибийные микророботы , которые могут плавать в жидкости и доставлять лекарства в органы. Они способны самостоятельно выбирать разные режимы движения и переключаться между ними с помощью изменения магнитного поля.

Микророботы для точечной доставки лекарств представляют собой перспективную технологию для лечения различных заболеваний, особенно онкологических, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных. Антипов отмечает, что, перед тем как использовать их на людях, необходимо решить ряд проблем, таких как безопасность, биосовместимость, биоразлагаемость, эффективность, стабильность, стандартизация и регулирование. Также необходимо проводить больше клинических испытаний на животных и людях для подтверждения эффекта и отсутствия побочных реакций. Кроме того, необходимо развивать новые методы синтеза, характеризации и управления микророботами для повышения их функциональности и адаптивности.