Персонализированные микророботы преодолевают биологические барьеры и доставляют лекарства к клеткам
Микроскопические биогибридные роботы могут плавать в организме, доставлять лекарства к опухолям или выполнять другие функции по переносу грузов. Бактерии, способные к навигации по химическим сигналам или дистанционному управлению с помощью магнитных или звуковых сигналов, служат для этого естественной основой.
Для успешной работы такие биороботы должны состоять из материалов, способных избегать иммунного ответа организма, быстро перемещаться в вязкой среде и проникать в клетки тканей для доставки груза.
В статье, опубликованной на этой неделе в APL Bioengineering (издательство AIP Publishing), исследователи создали биогибридных бактериальных микропловцов, объединив генетически модифицированный субштамм E. coli MG1655 и наноэритросомы — крошечные структуры, полученные из эритроцитов.
Наноэритросомы — это нановезикулы, полученные из красных кровяных телец путём их опорожнения, сохранения мембран и уменьшения до наноразмеров. Эти носители прикрепляются к бактериальной мембране с помощью мощной нековалентной биологической связи между биотином и стрептавидином. Этот процесс сохраняет два важных мембранных белка эритроцитов: TER119, необходимый для прикрепления наноэритросом, и CD47, предотвращающий поглощение макрофагами.
E. coli MG1655 служит биоактуатором, выполняющим механическую работу по продвижению через организм в качестве молекулярного двигателя, используя вращение жгутиков. Способность бактерий к движению оценивалась с помощью специально созданного 2-D алгоритма отслеживания объектов и 20 видеозаписей, сделанных в качестве исходных данных.
Биогибридные микропловцы с бактериями, несущими наноэритросомы, двигались со скоростью на 40% выше, чем другие биогибридные микропловцы на основе частиц с E. coli. Работа также продемонстрировала сниженный иммунный ответ благодаря наноразмеру наноэритросом и регулировке плотности их покрытия на бактериальной мембране.
Такие биогибридные пловцы могут доставлять лекарства быстрее благодаря скорости и сталкиваться с меньшим иммунным ответом благодаря своему составу. Исследователи планируют продолжить работу, чтобы дополнительно настроить способность микророботов избегать иммунного клиренса и изучить, как они могут проникать в клетки и высвобождать груз в микроокружении опухоли.
«Эта работа — важный шаг к нашей общей цели: разработке и применению биогибридных микророботов для доставки терапевтических грузов. Если уменьшить размер эритроцитов до наномасштаба и функционализировать тело бактерии, можно получить дополнительные превосходные свойства, которые будут crucial при переводе медицинской микроробототехники в клиники», — сказал автор Метин Ситти.