Seznamte se. Tohle jsou malí nanoroboti, kteří doručí lék až na místo určení

Článek byl přeložen a upraven z tiskové zprávy Kimm Fesenmaierové z Celtechu

Jak tedy ovládnout nanorobota, aby se dostal tam, kam potřebujeme a přežil při tom dlouhou cestu přes zrádné kyseliny?

Teoreticky to vypadá jednoduše, ale praxe je složitá. Takový nanorobot musí umět přežít v tělesných tekutinách, jako jsou žaludeční kyseliny a také musí být ovladatelný, aby ho bylo možné doručit do cíle. A to hlavní je, že svůj náklad, tedy lék, musí uvolnit až tehdy, když je na místě. A co s prázdným obalem? Je jasné, že kapsle, která chrání lék po celou dobu, musí být nakonec vstřebatelná.

Místo toho, aby byl lék rozptýlený po celém těle, dokázali vědci z Celtechu vyvinout nanoroboty, kteří splňují všechny tyto požadavky. Své nanoroboty umí přivést přímo do nádoru a lék uvolnit kontrolovaným a účinným způsobem. Základem je dokonalá kapsle.

Koncept nanorobotů není nový, ale dosud byly jejich aplikace v živých systémech omezené, protože přesný pohyb objektů ve složitých biokapalinách, jako je krev, moč nebo sliny, je nesmírně náročný. Roboti navíc nesmí zanechat v těle nic toxického.

Mikroroboti jsou vyrobeni z hydrogelu zvaného poly(ethylenglykol)diacrylát. Hydrogely jsou materiály, které jsou nejprve v kapalném stavu, nebo ve formě pryskyřice a stávají se pevnými, když síť polymerů, které obsahují, zesíťuje nebo ztvrdne. Tato struktura a složení umožňují hydrogelům zadržovat velké množství tekutiny, díky čemuž je mnoho z nich biokompatibilních. Metoda aditivní výroby umožňuje, aby vnitřní koule přenášela terapeutický náklad do cílového místa v těle.

Strukturu hydrogelu vytvořila Julie R. Greerová z Caltechu.

Ve své konečné podobě obsahují nanoroboti magnetické nanočástice a terapeutické léčivo, které je uvnitř struktury. Magnetické nanočástice umožňují vědcům nasměrovat roboty na požadované místo pomocí vnějšího magnetického pole. A když roboti dosáhnou cíle, zůstanou na daném místě a léčivo se pasivně rozptýlí.

Pro konstrukci hybridních mikrorobotů vědci navrhli dvoufázovou chemickou modifikaci. Nejprve k hydrogelu připojili molekuly uhlíku s dlouhým řetězcem, čímž se celá struktura stala hydrofobní. Poté vědci použili techniku zvanou leptání kyslíkovou plazmou, aby část těchto dlouhých uhlíkových struktur z vnější strany odstranili. Díky tomuto postupu zůstala vnější strana hydrofilní a vnitřní hydrofobní. V každé mikrostruktuře nanorobota je uvězněna bublina podobná vajíčku, která slouží jako vynikající kontrastní látka pro ultrazvukové zobrazování. To umožňuje sledování robotů v reálném čase in vivo.

V závěrečné fázi vývoje byli mikroroboti testovaní jako nástroj pro podávání léků myším s nádory močového měchýře. Vědci zjistili, že pouhé čtyři dodávky léčiva, které mikroroboti doručili v průběhu 21 dnů, byly při zmenšování nádorů mnohem účinnější, než léky podávané jinou formou.

Do budoucna to může znamenat, že by lékaři mohli vyhodnotit využití tohoto robota jako platformy pro doručování různých typů terapeutických zátěží, nebo látek pro různé stavy. Vědci doufají, že své nanoroboty v brzkém horizontu otestují na lidech.

Vědecká studie byla publikovaná v časopise Science Robotics.