Νανομηχανικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο ανέπτυξαν μικρορομπότ που μπορούν να κολυμπούν στους πνεύμονες, να χορηγούν φάρμακα και να χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση σοβαρών λοιμώξεων, όπως η βακτηριακή πνευμονία.
Οι ερευνητές χορήγησαν τα μικρορομπότ σε ποντίκια που είχαν προσβληθεί από θανατηφόρα πνευμονία. Όλα τα ποντίκια που υποβλήθηκαν στη θεραπεία θεραπεύτηκαν, ενώ τα άλλα πέθαναν μέσα σε τρεις ημέρες λόγω της λοίμωξης.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στις 22 Σεπτεμβρίου στο Nature Materials.
Τα μικρορομπότ είναι κατασκευασμένα από κύτταρα φυκιών τα οποία έχουν εμπλουτιστεί με αντιβιοτικά νανοσωματίδια. Τα φύκια παρέχουν κίνηση επιτρέποντας στα μικρορομπότ να κολυμπούν και να παραδίδουν αντιβιοτικά απευθείας σε περισσότερα βακτήρια στους πνεύμονες, αναφέρει Today.ucsd.edu.
Τα νανοσωματίδια που περιέχουν τα αντιβιοτικά αποτελούνται από μικροσκοπικές βιοδιασπώμενες πολυμερείς σφαίρες που είναι επικαλυμμένες με τις κυτταρικές μεμβράνες των ουδετερόφιλων, τα οποία είναι ένας τύπος λευκών αιμοσφαιρίων.
Το ιδιαίτερο σε αυτές τις κυτταρικές μεμβράνες είναι ότι απορροφούν και εξουδετερώνουν τα φλεγμονώδη μόρια που παράγονται από τα βακτήρια και το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού. Αυτό δίνει στα μικρορομπότ την ικανότητα να μειώνουν την επιβλαβή φλεγμονή, γεγονός που με τη σειρά του τα καθιστά πιο αποτελεσματικά στην καταπολέμηση της πνευμονικής λοίμωξης.
Η εργασία είναι μια κοινή προσπάθεια μεταξύ των εργαστηρίων των καθηγητών νανομηχανικής Τζόσεφ Γουάνγκ και Λιανφάνγκ Ζάνγκ, και οι δύο στο UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Ο Γουάνγκ ειδικεύεται στον τομέα της έρευνας μικρο- και νανορομποτικών, ενώ ο Ζάνγκ ειδικεύεται ανάπτυξη νανοσωματιδίων που μιμούνται τα κύτταρα για τη θεραπεία λοιμώξεων και ασθενειών. Μαζί, πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη μικροσκοπικών ρομπότ μεταφοράς φαρμάκων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια σε ζωντανά ζώα για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων στο στομάχι και στο αίμα. Η θεραπεία βακτηριακών πνευμονικών λοιμώξεων είναι η πιο πρόσφατη εργασίας τους.
«Στόχος μας είναι να κάνουμε στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων σε πιο δύσκολα μέρη του σώματος, όπως οι πνεύμονες. Και θέλουμε να το κάνουμε με τρόπο ασφαλή, εύκολο, βιοσυμβατό και μακράς διαρκείας», είπε ο Ζάνγκ. «Αυτό δείξαμε σε αυτή την μελέτη».
Η ομάδα χρησιμοποίησε τα μικρορομπότ για να θεραπεύσει ποντίκια με μια οξεία και δυνητικά θανατηφόρα μορφή πνευμονίας που προκαλείται από το βακτήριο Ψευδομονάδα η πυοκυανική (Pseudomonas aeruginosa).
Οι ερευνητές χορήγησαν τα μικρορομπότ στους πνεύμονες των ποντικών μέσω ενός σωλήνα που εισήχθη στην τραχεία. Οι λοιμώξεις εξαφανίστηκαν πλήρως μετά από μία εβδομάδα. Όλα τα ποντίκια που έλαβαν θεραπεία με τα μικρορομπότ επέζησαν μετά από 30 ημέρες, ενώ τα ποντίκια που δεν έλαβαν τη θεραπεία πέθαναν μέσα σε τρεις ημέρες.
Η θεραπεία με τα μικρορομπότ ήταν επίσης πιο αποτελεσματική από την ενδοφλέβια χορήγηση αντιβιοτικών. Η τελευταία απαιτούσε μια δόση αντιβιοτικού που ήταν 3.000 φορές υψηλότερη από εκείνη που χρησιμοποιήθηκε στα μικρορομπότ για να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα, μια δόση με μικρορομπότ παρείχε 500 νανογραμμάρια αντιβιοτικού ανά ποντίκι, ενώ μια ενδοφλέβια ένεση παρείχε 1,644 χιλιοστογραμμάρια αντιβιοτικού ανά ποντίκι.
Η προσέγγιση της ομάδας είναι τόσο αποτελεσματική επειδή τοποθετεί το φάρμακο ακριβώς εκεί που πρέπει να πάει, αντί να το διαχέει στο υπόλοιπο σώμα.
«Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν πώς η στοχευμένη παράδοση φαρμάκων σε συνδυασμό με την ενεργή κίνηση της μικροάλγης βελτιώνει τη θεραπευτική αποτελεσματικότητα», δήλωσαν οι επιστήμονες.
Η ομάδα σχεδιάζει να κάνει περαιτέρω έρευνα για να κατανοήσει ακριβώς πώς τα μικρορομπότ αλληλεπιδρούν με το ανοσοποιητικό σύστημα. Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν επίσης μελέτες για την επικύρωση της θεραπείας με μικρορομπότ και την κλιμάκωσή της πριν από τη δοκιμή της σε μεγαλύτερα ζώα και τελικά σε ανθρώπους.