Исследователи создали микророботов, которые могут доставлять лекарства внутрь организма.
Микророботы, сформированные в виде капель, могут обеспечить точную доставку лекарств, что является улучшением по сравнению с внутривенным введением лекарств, при котором только 0,7% препарата попадает в целевую ткань, согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Science Advances.
Эксперимент, имитирующий лечение воспалительного заболевания кишечника, был проведён на кишечнике свиньи и подтверждён с помощью моделирования. Эксперимент продемонстрировал, как микророботов можно доставить через катетер и направить в целевую зону с помощью магнитного поля.
Микророботы представляют собой двусторонние частицы, состоящие из геля, который может переносить лекарства, и магнитов, которые обеспечивают их управление.
В эксперименте с кишечником, когда гель растворялся, он доставлял краситель, который команда обнаружила, чтобы убедиться, что химическое вещество достигло места назначения. Они также протестировали отсроченный выброс, когда некоторые гели растворялись в течение более длительных периодов времени. После доставки магнитные частицы направлялись обратно к катетеру и извлекались.
Если распределять их в нескольких местах, эта функция может улучшить лечение воспалительного заболевания кишечника, например, доставляя несколько препаратов, таких как стероиды, иммуномодуляторы и регенеративные агенты, в различные очаги воспаления вдоль кишечника.
Команда также протестировала применение микророботов в малоинвазивной хирургии на модели человеческого колена. Микророботы были выпущены в легкодоступной области, затем маневрировали к труднодоступному целевому участку для распределения красителя, прежде чем вернуться к месту входа для извлечения.
«Благодаря этой работе мы приближаемся к передовым методам терапевтической доставки. Наши передовые технологии изготовления позволяют создавать мягкие роботизированные системы с замечательными функциями и возможностями движения», — говорит Молли Стивенс, профессор бионанонауки в Институте биомедицинской инженерии Оксфордского университета и соавтор исследования.
Как создаются микророботы
Частицы, из которых состоят микророботы, изготавливаются путём пропускания потока геля, содержащего магнитные частицы, через узкий канал. Поток масла входит в устройство и пересекает гель, отделяя равномерно распределённые капли. Магнитные частицы геля опускаются на дно капли, а пустой гель плавает сверху.
Полученные устройства, называемые постоянными магнитными микророботами, полученными из капель (PMDM), имеют размер около 0,2 миллиметра, что соответствует ширине двух человеческих волос.
«Традиционное изготовление микророботов имеет очень низкую производительность. Используя микрофлюидику, мы можем создавать сотни микророботов за считанные минуты. Это значительно повышает эффективность и снижает стоимость изготовления», — говорит Юаньсюн Цао, докторант в группе Стивенс в Оксфордском университете и ведущий автор исследования.
Моделирование позволило спрогнозировать и затем точно настроить движение микророботов в ответ на определённые частоты магнитного поля. Моделируемые препятствия послужили испытательным полигоном для управления микророботами в сложных условиях.
Физическая система использует электромагнит, управляемый коммерческим программным обеспечением, для создания магнитных полей, которые формируют и перемещают цепочки микророботов, похожие на движение гусениц. Цепочки движутся тремя различными способами, которые исследователи называют ходьбой, ползанием или раскачиванием. Они могут разбираться и собираться по команде, что помогает им преодолевать узкие проходы или другие препятствия.
«Я был поражён, увидев, какой контроль мы имеем над различными частицами, особенно в отношении циклов сборки и разборки, основанных на частоте магнитного поля», — говорит Филипп Шёнхёфер, ведущий автор исследования и научный сотрудник кафедры химической инженерии в Мичиганском университете в группе Шэрон Глоццер, заведующей кафедрой химической инженерии и соавтора исследования.
В качестве следующего шага исследовательская группа разрабатывает новых микророботов, которые смогут лучше ориентироваться в сложных условиях. Они будут тестировать различные частицы в эмульсиях, чтобы понять, как они притягиваются друг к другу, и изучать поведение больших скоплений частиц в различных магнитных полях.
«С помощью нашей вычислительной платформы мы также разработали площадку для изучения ещё более широкого пространства проектирования, что уже вызвало идеи для более сложных архитектур микророботов, вдохновлённых концепцией PMDM», — говорит Шёнхёфер.
Дополнительные исследователи из Лондонского Имперского колледжа также внесли свой вклад в исследование.
Отдельные исследователи получили финансирование от Оксфордского университета, Китайского стипендиального совета, Совета по инженерным и физическим наукам, фонда Rosetrees, Британского фонда сердца, Управления исследований и инноваций Великобритании, Министерства науки, инноваций и технологий Великобритании, Королевской инженерной академии и Национального научного фонда США.
Расчёты были поддержаны Anvil в Университете Пердью и Advanced Research Computing в Мичиганском университете.
Источник: Университет Мичигана
Статья «Магниты могут направлять крошечных роботов для доставки лекарств в организме» впервые опубликована на сайте Futurity.