Точная доставка лекарственных препаратов прямо к пораженным органам является важнейшей задачей современной медицины, не менее важной, чем разработка самих лекарств. Ученые постоянно ищут новые способы так называемой "адресной доставки препарата", и одним из многообещающих направлений является разработка микроскопических роботов. Команда ученых из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработала инновационных микроботов, управляемых с помощью ультразвука, для точной доставки медикаментов непосредственно к очагу заболевания. Эти миниатюрные устройства, хоть и не напоминают классических роботов внешне, обладают способностью перемещаться внутри организма под воздействием звуковых волн или магнитных полей.
Важно отметить, что разработка микророботов для работы на клеточном уровне сопряжена с рядом серьезных трудностей. Во-первых, их размер должен быть минимальным, что требует использования передовых технологий. Во-вторых, необходимо обеспечить их устойчивость к различным средам организма, характеризующимся разным уровнем pH (кислотности). В-третьих, управление микроботами должно быть точным и надежным не только в лабораторных условиях, но и внутри живого организма. Наконец, важно гарантировать, что после выполнения своей задачи микророботы безопасно разлагаются, не оставляя токсичных следов.
Ученые уже давно экспериментируют с различными технологиями, включая использование металлических наночастиц и биомиметических роботов, имитирующих движение микроорганизмов. Однако, как утверждают исследователи из Калтеха, их новая разработка впервые успешно сочетает в себе все необходимые качества. Эти микроботы, изготовленные из биосовместимого гидрогеля (полиэтиленгликоль диакрилата), обладают высокой подвижностью внутри организма. Благодаря своему крошечному размеру – всего 30 микрометров в диаметре – они способны проникать практически в любые ткани.
Руководили проектом аспиранты Хонг Хан и Сяотянь Ма под руководством профессора Вэй Гао. Сферические микроботы создаются с помощью 3D-печати методом двухфотонной полимеризации (TPP) – высокоточной технологией, разработанной в Институте нанонаук Кавли при Калтехе. Конструкция роботов предусматривает наличие внутренней полости, содержащей микропузырек воздуха. Лекарственный препарат размещается во внешней оболочке, а воздушный пузырек обеспечивает отличную визуализацию при ультразвуковом исследовании, что позволяет отслеживать перемещение микроботов в режиме реального времени.
Принцип движения микророботов основан на использовании этого внутреннего микропузырька. Под воздействием ультразвука, создающего акустическое поле, пузырек начинает вибрировать, генерируя микропотоки жидкости вокруг робота, что и обеспечивает его движение. Разработчики выяснили, что наличие двух небольших отверстий в конструкции значительно улучшает маневренность по сравнению с одним отверстием. Кроме того, в материал гидрогеля встроены магнитные частицы, позволяющие управлять роботами с помощью магнитных полей.
Несмотря на то, что технология пока находится на стадии лабораторных испытаний и не применялась на людях, были проведены успешные эксперименты на мышах. Микророботы, загруженные химиотерапевтическими препаратами, направлялись к опухолям у грызунов. Результаты показали значительное уменьшение размеров опухолей при использовании этой адресной терапии, в то время как традиционные методы лечения демонстрировали меньшую эффективность. Результаты этого исследования были опубликованы в научном журнале Science Robotics. В будущем профессор Гао надеется на применение данной технологии в клинической практике.
