Гибридный микро-робот способен перемещаться в физиологической среде и захватывать целевые поврежденные клетки

Исследователи из Тель-Авивского университета разработали гибридного микро-робота размером с одну биологическую клетку (около 10 микрон), которым можно управлять и направлять с помощью двух различных механизмов — электрического и магнитного. Микро-робот способен перемещаться между различными клетками в биологическом образце, различать их типы, определять, здоровы они или отмирают, а затем транспортировать нужную клетку для дальнейшего изучения, например, генетического анализа.

Микро-робот также может доставить лекарство и/или ген в захваченную целевую одиночную клетку (трансфекция). По мнению исследователей, эта разработка может способствовать прогрессу в важной области анализа одиночных клеток, а также найти применение в медицинской диагностике, транспорте и скрининге лекарств, хирургии и защите окружающей среды.

Инновационную технологию разработал профессор Гилад Йосифон с коллегами. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Профессор Йосифон поясняет, что микро-роботы (иногда называемые микро-моторами или активными частицами) — это крошечные синтетические частицы размером с биологическую клетку, которые могут перемещаться и выполнять различные действия автономно или под внешним управлением.

Развитие способности микро-робота к автономному движению было вдохновлено биологическими микро-пловцами, такими как бактерии и сперматозоиды. Это быстро развивающаяся инновационная область исследований с широким спектром применений.

В качестве демонстрации возможностей микро-робота исследователи использовали его для захвата одиночных клеток крови, раковых клеток и бактерии. Было показано, что он способен различать клетки с разной степенью жизнеспособности: здоровые, поврежденные лекарством или отмирающие в процессе естественного «самоубийства» (апоптоза). Такое различие может быть значимо, например, при разработке противораковых препаратов.

После идентификации нужной клетки микро-робот захватывал её и перемещал для дальнейшего анализа. Важной инновацией является способность микро-робота идентифицировать целевые клетки без их предварительной метки (tagging) — с помощью встроенного механизма sensing, основанного на уникальных электрических свойствах клетки.

Разработка значительно продвигает технологию в двух основных аспектах:

1. Гибридное движение и навигация с помощью двух разных механизмов — электрического и магнитного.
2. Улучшенная способность идентифицировать и захватывать одиночную клетку без метки для локального тестирования или транспортировки к внешнему прибору.

Исследование проводилось на биологических образцах в лаборатории для анализа in vitro, но в будущем планируется разработать микро-роботов для работы внутри тела — например, в качестве эффективных носителей лекарств, которые можно точно направлять к цели.

Гибридный механизм движения микро-робота особенно важен в физиологических средах, например, в жидкостных биопсиях. Электрическое управление менее эффективно в средах с относительно высокой электропроводностью (как физиологическая среда). Здесь вступает в действие дополнительный магнитный механизм, который эффективен независимо от электропроводности среды.

Разработанный микро-робот с гибридным движением и способностью идентифицировать, захватывать и транспортировать одиночные клетки в физиологической среде открывает возможности для множества приложений:

• Медицинская диагностика на уровне одиночной клетки
• Введение лекарств или генов в клетки, генетическое редактирование
• Доставка лекарств к цели внутри тела
• Очистка окружающей среды от загрязняющих частиц
• Разработка лекарств
• Создание «лаборатории на частице» для диагностики в местах, доступных только микрочастицам.