Превращение белых кровяных клеток в медицинских микророботов с помощью света

Медицинские микророботы могли бы помочь врачам лучше лечить и предотвращать болезни. Однако большинство таких устройств сделаны из синтетических материалов, вызывающих иммунные реакции in vivo. Впервые исследователи, сообщающие в ACS Central Science, использовали лазеры для точного контроля нейтрофилов — типа белых кровяных клеток — в качестве естественных, биосовместимых микророботов в живой рыбе. «Нейтроботы» выполнили несколько задач, показав, что в будущем они смогут доставлять лекарства в точные места организма.

Современные микророботы для медицинских применений требуют инъекций или приёма капсул, чтобы попасть внутрь животного или человека. Однако исследования показывают, что эти микроскопические объекты часто вызывают иммунные реакции у мелких животных, что приводит к удалению микророботов из организма до выполнения их задачи. Использование уже присутствующих в теле клеток, таких как нейтрофилы, могло бы стать менее инвазивной альтернативой для доставки лекарств, не активирующей иммунную систему. Эти белые кровяные клетки уже естественным образом захватывают наночастицы и мёртвые эритроциты и могут мигрировать через кровеносные сосуды в соседние ткани, что делает их хорошими кандидатами в микророботы.

Ранее исследователи направляли нейтрофилы лазерами в лабораторных чашках, перемещая их как «нейтроботов». Однако данных о работе этого подхода в живых организмах не хватало. Поэтому Сяньчуан Чжэн, Баоцзюнь Ли и коллеги решили продемонстрировать возможность светоуправляемых нейтроботов в животных на примере живых рыбок данио.

Исследователи манипулировали нейтрофилами в хвостах рыбок данио, используя сфокусированные лазерные лучи в качестве дистанционных оптических пинцетов. Скорость движения светоуправляемого микроробота достигала 1.3 мкм/с, что в три раза быстрее естественного движения нейтрофила. В экспериментах оптические пинцеты использовались для точного и активного контроля функций, которые нейтрофилы выполняют как часть иммунной системы. Например, нейтробота переместили через стенку кровеносного сосуда в окружающую ткань. Другой захватил и транспортировал пластиковую наночастицу, продемонстрировав потенциал для переноса лекарств. А когда нейтробота подтолкнули к обломкам эритроцитов, он поглотил их. При этом другой нейтрофил, не управляемый лазером, попытался естественным образом удалить клеточный мусор.

Поскольку учёным успешно удалось контролировать нейтроботов in vivo, это исследование открывает новые возможности для целевой доставки лекарств и точного лечения болезней.