Микроскопические светочувствительные магнитные роботы могут очищать бактериальные инфекции в пазухах

Микроскопические магнитные роботы, активируемые светом, могут уничтожать бактериальные инфекции в глубине носовых пазух, после чего их можно удалить, высморкавшись.

Новое исследование, опубликованное в Science Robotics, представило микроботов из оксоиодида висмута, допированного атомами меди (Cu-BiOI). Каждый из них меньше крупинки соли. Их можно отслеживать и направлять к очагу инфекции с помощью рентгеновской визуализации, что обеспечивает точную, минимально инвазивную терапевтическую стратегию для клинического лечения синусита.

Синусит — распространённое респираторное заболевание, часто связанное с биоплёнкой, которую производят бактерии, такие как Streptococcus pyogenes. Это состояние вызывает воспаление слизистой оболочки пазух и приводит к таким симптомам, как заложенность носа, снижение обоняния, лицевая боль и, в тяжёлых случаях, даже к нарушению памяти.

Сложные микробные сообщества, такие как участвующие в синусите, часто образуют биоплёнки — структурированные скопления, где микроорганизмы прикрепляются к поверхности и выделяют полимерные вещества. Эти выделения создают трёхмерный каркас, который защищает микробную колонию от внешних угроз, таких как антибиотики и физические воздействия.

Кроме того, воспалительные реакции, вызванные бактериальными инфекциями в глубоких пазухах, могут приводить к образованию гноя. Он обладает высокой вязкостью и может действовать как биологический барьер, не позволяя обычным методам лечения достичь инфицированного участка.

Эти препятствия делают лечение инфекций пазух крайне сложным, особенно учитывая, что эта область и так труднодоступна из-за узких проходов.

Около 8–13% населения мира страдает от хронического синусита, и инвазивные хирургические процедуры не должны быть единственным способом лечения этой проблемы.

Исследователи представили минимально инвазивный подход к лечению инфекции с помощью своих новых фотокаталитических микророботов. Они состоят из оксоиодида висмута, допированного атомами меди, и имеют полусферическую ядерно-оболочечную структуру диаметром примерно 3 мкм. В доклинических испытаниях на кроликах эти микроботы точно доставлялись в полости пазух с помощью магнитно-управляемого оптического волокна.

Затем введённый рой микроботов непрерывно облучали видимым светом, что инициировало фототермический эффект и значительно снижало вязкость гноя. Оказавшись в более жидком гное, рой микроботов (CBMR) становился в три раза эффективнее в достижении и обработке инфицированного участка.

Достигнув места инфекции, роботы производили большое количество активных форм кислорода (ROS), что стало возможным благодаря синергетическому эффекту атомов меди и фотокатализа оксоиодидом висмута (BiOI).

Эти высокореактивные молекулы ROS не только разрушали биоплёнку, но и убивали вызывающие инфекцию бактерии. В модели синусита у кроликов эта стратегия лечения эффективно устраняла инфекцию, не вызывая значительного повреждения тканей или побочных эффектов.

Этот минимально инвазивный метод, предлагающий облегчение миллионам людей с рецидивирующими инфекциями пазух, также открывает возможность адаптации данного подхода для других глубоко расположенных или защищённых слизью инфекций, например, в лёгких или пищеварительном тракте.