Нанороботы с клеточной мембраной очищают кровь от бактерий и токсинов

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали крошечных роботов, приводимых в движение ультразвуком, которые могут плавать в крови, удаляя вредные бактерии и производимые ими токсины. Эти нанороботы, созданные в качестве доказательства концепции, могут однажды предложить безопасный и эффективный способ детоксикации и обеззараживания биологических жидкостей.

Исследователи создали нанороботов, покрыв золотые нанопроволоки гибридной мембраной из тромбоцитов и эритроцитов. Это гибридное клеточное покрытие позволяет нанороботам выполнять функции двух разных клеток одновременно: тромбоцитов, которые связывают патогены, такие как бактерии MRSA (устойчивый к антибиотикам штамм Staphylococcus aureus), и эритроцитов, которые поглощают и нейтрализуют токсины, вырабатываемые этими бактериями. Золотое тело нанороботов реагирует на ультразвук, что позволяет им быстро перемещаться без химического топлива. Эта подвижность помогает нанороботам эффективно смешиваться с мишенями (бактериями и токсинами) в крови и ускорять детоксикацию.

Работа, опубликованная 30 мая в Science Robotics, объединяет технологии, разработанные Джозефом Вангом и Лянфаном Чжаном, профессорами факультета наноинженерии в UC San Diego. Команда Ванга создала нанороботов на ультразвуке, а команда Чжана изобрела технологию покрытия наночастиц естественными клеточными мембранами.

«Интегрируя естественные клеточные покрытия в синтетические наномашины, мы можем наделить крошечных роботов новыми возможностями, такими как удаление патогенов и токсинов из организма и других матриц. Это платформа для доказательства концепции разнообразных терапевтических и биодетоксикационных применений», — сказал Ванг.

«Идея состоит в том, чтобы создать многофункциональных нанороботов, которые могут выполнять как можно больше различных задач одновременно», — сказала соавтор Берта Эстебан-Фернандес де Авила. «Комбинирование мембран тромбоцитов и эритроцитов в каждом покрытии наноробота синергетично — тромбоциты нацелены на бактерии, а эритроциты нацелены и нейтрализуют токсины, которые производят эти бактерии».

Покрытие также защищает нанороботов от процесса, известного как биообрастание, — когда белки накапливаются на поверхности чужеродных объектов и мешают их нормальной работе.

Как создавали нанороботов

Исследователи создали гибридное покрытие, сначала выделив целые мембраны из тромбоцитов и эритроцитов. Затем они применили звуковые волны высокой частоты, чтобы слить мембраны вместе. Поскольку мембраны были взяты из реальных клеток, они сохранили все свои оригинальные функции поверхностных белков. Чтобы сделать нанороботов, исследователи нанесли гибридные мембраны на золотые нанопроволоки с помощью специфической поверхностной химии.

Характеристики и тестирование

• Нанороботы примерно в 25 раз меньше ширины человеческого волоса.
• Они могут двигаться со скоростью до 35 микрометров в секунду в крови при питании от ультразвука.
• В тестах нанороботов использовали для обработки образцов крови, загрязненных MRSA и их токсинами. Через пять минут в этих образцах было в три раза меньше бактерий и токсинов, чем в необработанных образцах.

Работа находится на ранней стадии. Исследователи отмечают, что конечная цель — не использовать нанороботов специально для лечения инфекций MRSA, а в более общем смысле для детоксикации биологических жидкостей. Будущая работа включает испытания на живых животных. Команда также работает над созданием нанороботов из биоразлагаемых материалов вместо золота.