Киборги против пневмонии
Крошечные плавающие роботы лечат смертельную пневмонию у мышей
Юлия Тислер, ERR
Изображение микроробота для борьбы с пневмонией, состоящего из клетки водоросли (зеленый цвет), покрытой наночастицами биоразлагаемого полимера (коричневый цвет). Наночастицы содержат антибиотики и покрыты клеточными мембранами нейтрофилов. Авторы: Fangyu Zhang and Zhengxing Li.
Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали микроскопических роботов, которые могут плавать в легких, доставлять лекарства и использоваться для лечения опасных для жизни случаев бактериальной пневмонии.
У мышей микророботы безопасно уничтожали вызывающие пневмонию бактерии в легких и приводили к 100% выживаемости. Мыши из контрольной группы умерли в течение трех дней после заражения.
Микророботы сделаны из клеток водорослей, поверхность которых покрыта заполненными антибиотиками наночастицами. Водоросли обеспечивают движение, что позволяет микророботам плавать и доставлять антибиотики к скоплениям бактерий в легких. Наночастицы, содержащие антибиотики, состоят из крошечных биоразлагаемых полимерных сфер. Они покрыты клеточными мембранами нейтрофилов, которые являются разновидностью лейкоцитов. Особенность этих клеточных мембран заключается в том, что они поглощают и нейтрализуют воспалительные молекулы, вырабатываемые бактериями и иммунной системой организма.
Работа является совместным усилием лабораторий профессоров наноинженерии Джозефа Вана и Лянфанга Чжана из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ван является мировым лидером в области исследований в области микро- и наноробототехники, а Чжан — лидер в разработке имитирующих клетки наночастиц для лечения инфекций и заболеваний. Вместе они стали пионерами в разработке крошечных роботов для доставки лекарств. Микророботов уже можно безопасно использовать на живых животных для лечения бактериальных инфекций в желудке и крови. Лечение бактериальных инфекций легких является последним направлением их деятельности.
«Наша цель — адресная доставка лекарств в более сложные части тела, такие как легкие. И мы хотим сделать это безопасным, простым, биосовместимым и долговечным способом», — сказал Чжан.
Команда использовала микророботов для лечения мышей с острой и потенциально смертельной формой пневмонии, вызванной бактериями Pseudomonas aeruginosa. Эта форма пневмонии обычно поражает пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии. Исследователи вводили микророботов в легкие мышей через трубку, вставленную в трахею. Инфекции полностью исчезли через неделю. Все мыши, которых лечили микророботами, выжили в течение 30 дней, а мыши, не получившие лечения, умерли в течение трех дней.
Лечение с помощью микророботов также оказалось более эффективным, чем внутривенное введение антибиотиков в кровоток. Кроме того, при внутривенном введении для достижения того же эффекта требуется доза антибиотиков, которая в 3000 раз превышает количество, используемое в микророботах.
Новый подход эффективен, потому что он помещает лекарство именно туда, куда нужно, а не рассеивает его по всему телу. «Эти результаты показывают, как целенаправленная доставка лекарств в сочетании с активным перемещением микроводорослей повышает терапевтическую эффективность», — сказал Ван.
И если мысль о том, чтобы поместить клетки водорослей в легкие, вызывает у вас брезгливость, то исследователи отвечают, что такой подход безопасен. После лечения иммунные клетки организма эффективно перерабатывают водоросли вместе с любыми оставшимися наночастицами. «Ничего токсичного не остается», — сказал Ван.
Работа все еще находится на стадии проверки концепции. Команда планирует провести дополнительные фундаментальные исследования, чтобы точно понять, как микророботы взаимодействуют с иммунной системой.
Результаты опубликованы 22 сентября в Nature Materials (Zhang et al., Nanoparticle-modified microrobots for in vivo antibiotic delivery to treat acute bacterial pneumonia).
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru