Новый медицинский прорыв: робот-зерно для доставки лекарств
Если когда-либо вам придется поднять зерно риса с помощью палочек для еды, подумайте о ученых, стоящих за этим последним достижением, которое было названо “медицинским прорывом, который уже на пороге”. Они упорно создали мягкого робота с возможностью переносить различные виды лекарств через организм. Его размер равен зерну риса, и его можно направлять к различным внутренним целям с помощью магнитных полей.
Исследователи из Школы механической и авиационной инженерии (MAE) в Национальном технологическом университете Наньянг, Сингапур (NTU Singapore), развивают предыдущие работы, чтобы создать мягкого робота размером с зерно риса, который может войти в организм и быть управляемым магнитными полями для достижения конкретной цели. По достижении цели он может быстро или медленно высвободить хранимое в своей маленькой рамке лекарство.
Этот вид маломасштабной биотехнологии не нов, но то, что у него есть четыре отсека, способные переносить и высвобождать различные ледарства, – это новаторский подход.
“В этой работе мы предложили мягкого робота миллиметрового масштаба, который может быть активирован чередующимися магнитными полями для выдачи четырех типов лекарств с перепрограммируемой последовательностью и дозировкой выдачи лекарств”, – сказал главный исследователь MAE, доцент Лум Гуо Жан, в беседе с New Atlas. “Эта функциональность выдачи лекарств является уникальной для маломасштабных роботов, потому что большинство существующих роботов могут переносить максимум один тип лекарств. Хотя существуют редкие миниатюрные роботы, которые могут переносить несколько лекарств, такие роботы не могут изменять последовательность и дозировку выдачи лекарств. Эти роботы не могут переносить более трех типов лекарств, выборочно выдавать их, сохранять свою подвижность или высвобождать их в нескольких местах.”
Если это звучит как сюжет научно-фантастического фильма, то вы правы – команда была вдохновлена фильмом 1966 года “Фантастическое путешествие”, и мы настоятельно рекомендуем посмотреть трейлер здесь.
“То, что было сценарием в научно-фантастическом фильме, теперь становится ближе к реальности благодаря инновациям нашей лаборатории”, – сказал Лум. “Традиционные методы доставки лекарств, такие как пероральное введение и инъекции, будут казаться относительно неэффективными по сравнению с отправкой крошечного робота через организм, чтобы доставить лекарство именно туда, где это нужно.”
Ранее команда создала маленького робота, который мог ‘плавать’ через отверстия и удерживать маленькие объекты, также управляемый магнитами. Но новое развитие, представляющее собой крошечного робота из магнитных микрочастиц и полимера, является огромным шагом вперед в области биосовместимой персонализированной и целенаправленной доставки лекарств.
Этот робот размером с зерно риса является первым в своем роде, который показывает как биосовместимость, так и эффективность в контролируемом высвобождении различных лекарств в разных местах. Это имеет потенциал стать революционным способом доставки терапевтических средств.
“Как врач, выполняющий минимально инвазивные процедуры, мы в настоящее время используем катетер и провод для перемещения по сосудам для лечения проблем”, – сказал доктор Йео Леонг Литт Леонард, хирург из Дивизии неврологии, Департамента медицины Национального университетского госпиталя и Генерального госпиталя Нг Тенг Фонг, который не участвовал в исследовании. “Но я предвижу, что скоро это будет заменено крошечными роботами, которые могут автономно плавать через организм, чтобы достичь мест, куда мы не можем добраться с нашими инструментами. Эти роботы могли бы оставаться на месте и высвобождать лекарство со временем, что было бы намного безопаснее, чем оставлять катетер или стент внутри организма на длительное время. Это медицинский прорыв, который уже на пороге.”
Лум, который работает над маломасштабными роботами уже 11 лет, также считает, что эта новая технология имеет потенциал изменить лицо инвазивных медицинских процедур и обеспечить более целенаправленное и эффективное лечение.
Робот, который еще не прошел клинические испытания, показал способность навигации через различную вязкость жидкости, имитирующую среду, с которой он столкнется в человеческом организме. В лабораторных испытаниях он смог добраться до четырех разных областей со скоростью от 0,30 мм до 16,5 мм в секунду, чтобы высвободить конкретное лекарство в каждом месте. Более того, инженеры смогли манипулировать устройством для медленного высвобождения лекарства в течение восьми часов, и они считают, что робот имеет потенциал предложить как мгновенную, так и длительную доставку лекарств, адаптированную к потребностям пациента.
“Дорожная карта к достижению этой цели – сначала оценить производительность роботов дальше с помощью устройств орган-на-чип и в конечном итоге провести испытания на животных”, – добавил Лум. “Мы, возможно, сможем завершить этот этап исследований в течение следующих двух-пяти лет.”
Команда исследователей из NTU сейчас рассматривает разработку еще более маленьких мягких роботов, которые могли бы использоваться для преодоления гематоэнцефалического барьера при опухолях, а также для лечения рака мочевого пузыря и толстой кишки. И после того, как устройство выполнило свою работу, его можно безопасно удалить из организма – просто направив его обратно тем же путем, которым он вошел.
“Мы стремимся дать нашему роботу возможность изменить свою траекторию и выйти через точку входа после того, как он выполнил необходимые процедуры”, – пояснил Лум. “Поскольку наш маломасштабный робот может использовать свой размер для неинвазивного доступа в человеческий организм через естественные отверстия или через маленькие отверстия, он сможет также выйти через эти отверстия.”
“В этих экспериментах мы показали, что 98,791-99,633% анонимных клеток дермальных фибробластов человека (ATCC) остались жизнеспособными после взаимодействия с умными магнитными композитами нашего робота”, – добавил он. “Поскольку эти показатели жизнеспособности превышают 98% и они сходны с показателем жизнеспособности контрольной группы, которая оценена в 99,688%, такие результаты свидетельствуют о том, что наши умные магнитные композиты не вызывают наблюдаемого повреждения или гибели клеток и действительно очень биосовместимы.”
И, конечно, мы задали вопрос: требуется ли терпение и устойчивые руки для работы над таким научным исследованием? Как и ожидалось, ответ был однозначным – да.
“Действительно, нам требуются очень устойчивые руки, когда мы конструируем и тестируем эти роботы”, – сказал Лум. “Поскольку эти роботы очень маленькие, мы также используем микроскопы и камеры высокого разрешения для наблюдения за ними во время экспериментов. Тем не менее, мысль о том, что эти роботы имеют потенциал в конечном итоге изменить широкий спектр лечения в будущем, сильно мотивирует меня и мою команду продвигать границы этой технологии.”
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.