Клеткоподобные нанороботы, очищающие кровяное русло от бактерий и токсинов
Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего разработали крошечные, управляемые ультразвуком роботы, которые могут плавать по кровеносным сосудам, удаляя вредные для здоровья бактерии и токсины, которые они производят. Эти экспериментальные нанороботы доказывают правильность концепции, что в один прекрасный день подобные наноустройства превратятся в оборудование медицинского назначения — станут безопасным и эффективным способом детоксикации и деконтаминации биологических жидкостей.
Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего разработали крошечные управляемые ультразвуком роботы, которые могут плавать по кровеносным сосудам, удаляя вредные для здоровья бактерии и токсины, которые они производят.
Исследователи построили нанороботы, покрыв золотые нанопроволоки гибридом мембран тромбоцитов и эритроцитов. Это гибридное клеточное мембранное покрытие позволяет нанороботам сразу выполнять две задачи связывать патогены, такие как бактерии MRSA (устойчивый к антибиотикам штамм Staphylococcus aureus) и поглощать и нейтрализовать токсины, произведенные этими бактериями. Тело нанороботов, выполненное из золота реагирует на УЗИ, что дает им возможность быстро плавать без химического топлива. Эта мобильность помогает нанороботам эффективно соединяться с их мишенями (бактериями и токсинами) в крови и ускорять детоксикацию.
Работа, опубликованная 30 мая 2018 г в Science Robotics, объединяет технологии, впервые созданные Джозефом Вангом и Лянфангом Чжан, профессорами Департамента нанотехнологий инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета Сан-Диего. Команда Ван разработала нанороботы с ультразвуковым управлением, а команда Чжана изобрела технологию нанесения наночастиц на естественные клеточные мембраны.
«Интегрируя естественные клеточные покрытия и синтетические наномашины, мы можем снабдить нанороботов новыми функциями: способностью удалять патогены и токсины из организма и других матриц», — сказал Ванг. «Это испытательная платформа для разнообразных терапевтических и биодетоксикационных приложений».
«Идея заключается в создании многофункциональных нанороботов, которые могут выполнять сразу несколько различных задач», — сказал первый автор книги Берта Эстебан-Фернандес де Авила, почетный научный сотрудник исследовательской группы в Сан-Диего. Покрытие также защищает нанороботы от процесса, известного как биологическое обрастание — когда белки собираются на поверхность инородных для организма предметов, что мешает их нормальной работе.
Исследователи сконструировали гибридное покрытие, предварительно отделив целые мембраны от тромбоцитов и эритроцитов. Для прикрепления мембран применялись высокочастотные звуковые волны. Поскольку мембраны были взяты из реальных клеток, они содержали все функции поверхностных белков этих клеток. Для создания нанороботов исследователи покрывали гибридные мембраны золотыми нанонитями, используя поверхностное натяжение.
Нанороботы примерно в 25 раз меньше ширины человеческого волоса. При воздействии ультразвука они могут перемещаться со скоростью до 35 микрометров в секунду в крови. В тестах исследователи использовали нанороботы для обработки образцов крови, зараженных MRSA и их токсинами. Через пять минут эти образцы крови имели в три раза меньше бактерий и токсинов, чем контрольные необработанные образцы.
Работа все еще находится на ранней стадии. Исследователи отмечают, что их конечной целью является не разработка нанороботов исключительно для лечения инфекций MRSA, а создание наноустройств, способных проводить комплексную детоксикации биологических жидкостей. Будущая работа включает тесты на животных. Команда также работает над созданием нанороботов из биоразлагающихся материалов вместо золота.
