Согласно новым работам исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, можно использовать нанороботов из нанопроволоки, покрытые комбинацией двух видов природных клеточных мембран, для борьбы с бактериальной инфекцией. Нанороботы могут перемещаться в крови и благодаря своим естественным покрытиям, которые «маскируют» устройства из защитных механизмов организма, могут поглощать и нейтрализовать патогенные бактерии, а также токсины, которые они производят.
Устройства обладают огромным потенциалом, особенно в области здравоохранения и биомедицины. Наноботы могут преодолевать низкое число Рейнольдса, вязкое сопротивление и броуновское движение, путем преобразования топлива или внешней энергии (например, света, магнитного или акустического) в движущие силы и, таким образом, перемещаться через жидкости.
Когда они заражают организм, некоторые бактерии выделяют целый ряд гемолитических токсинов, а именно порообразующие токсины в кровоток. Эти токсины вызывают образование пор в клеточных мембранах, тем самым разрушая их. Это один из основных способов, которыми бактерии заражают организм, иногда с фатальными последствиями.
Различные физико-химические структуры
Токсины не только имеют очень разные физико-химические структуры от бактерий, которые их производят, они также имеют свои собственные биологические цели. Например, токсины обычно проникают в эритроциты, но бактерии вообще не могут взаимодействовать с эритроцитами и вместо этого присоединяться к другим типам клеток, таким как тромбоциты (PL). Таким образом, стратегии по борьбе с инфекциями необходимо использовать как для токсинов, так и для бактерий, что было трудно сделать до сих пор.
Команда исследователей во главе с Джозефом Вангом и Лянфан Чжан теперь сделала это, нанеся соеденив нанотрубки и другие наноматериалы с клеточными мембранами, полученными из мембран РБК и ЛП. «Эти нанороботы с двойным мембранным покрытием имитируют поведение естественных клеток и обладают теми же функциональными возможностями, что и сами мембраны исходных клеток, поэтому организм не распознает их как токсичные вещества», - объясняет член команды Берта Эстебан-Фернандес де Авила, первый автор в этом исследовании.
«Мембраны обладают такими же функциональными белками, которые присутствуют в эритроцитах и PL. Эти белки участвуют в детоксикации различных патогенных бактерий и токсинов. Фактически, PLs связывают патогенные бактерии (такие как Staphylococcus aureus, или MRSA), и эритроциты функционируют как поглощающие токсины «nanosponges», чтобы нейтрализовать и удалить опасные порообразующие токсины из кровотока ».
Управляется ультразвуком
Исследователи сделали золотые нанопроволочки для нанороботов, используя протокол электроосаждения на основе наноразмерного мембранного шаблона, который позволил им контролировать размер устройства. Затем они отделяли мембраны от PL и эритроцитов и сливали их вместе. Наконец, они объединили эти мембраны с нанопроводами, используя специальную химию поверхности.
Нанороботы управляются ультразвуком. «Наша технология дает нанопроволоку асимметричной структуры. Эта асимметрия позволяет каждому отдельному проводу преобразовывать устойчивый поток, создаваемый по его поверхности, в осевое движение с независимой траекторией, а не тянуть как совокупность акустическим излучением сил потока », - объясняет Эстебан-Фернандес де Авила.
Поскольку наноботы быстро продвигаются через зараженный образец, они увеличивают количество контактов с присутствующими бактериями и токсинами. Это позволяет эффективно обезвреживать и обезвреживать их в течение нескольких минут.
Хотя исследование находится на ранней стадии, исследователи говорят, что он демонстрирует многообещающие перспективы, даже целенаправленную доставку лекарств.
«Умная работа»
«Биосовместимость микророботов всегда является одной из серьезных проблем в этой области. Недавно исследователи начали изучать гибридные микро-роботизированные системы, которые объединяют синтетические материалы и биогенные виды для облегчения их биомедицинского применения. Эта работа дает один из возможных путей решения этой проблемы и является хорошим примером ».
Теперь команда занята улучшением того, как нанороботы будут продвигаться через сложные биологические жидкости. «Мы также изучаем, насколько они стабильны, - добавляет Эстебан-Фернандес де Авила, - и затем будут тестировать их на животных моделях».