Медицинские нанороботы в крови смогут лечить раковые заболевания
Назовите это еще одним случаем, когда научная фантастика становится научным фактом. Исследователи давно мечтали о разработке крошечных роботов, которые могли бы бродить внутри нашего тела, доставлять лекарства с беспрецедентной точностью, а также выслеживать и уничтожать раковые клетки.
Мы еще не там, но мы приближаемся. В прошлом месяце ученые из Национального центра нанонауки и технологий Китая (NCNT) и Университета штата Аризона заявили, что они разработали роботов размером несколько сотен нанометров — 25 миллионов нанометров в дюйме — и когда они ввели их в кровь мышей, Нанороботы в крови могут уменьшить раковые опухоли , блокируя их кровоснабжение.
Нанороботы были сделаны из листов ДНК, свернутых в пробирки, содержащие свертывающий кровь препарат. Снаружи исследователи поместили небольшую молекулу ДНК, которая связывается с белком, обнаруженным только в опухолях. Когда боты достигли опухолей, эта молекула присоединялась к белку, запуская пробирку ДНК, чтобы развернуть и выпустить лекарство.
Большинство лекарств от рака обычно имеют неприятные побочные эффекты, потому что они не могут отличить раковые клетки от здоровых. Исследователи показали, что нанороботы нацелены только на опухоли и не вызывают сгущение в других частях тела. Они говорят, что нанороботы будущего предлагают многообещающее лечение рака без побочных эффектов.
Такое устройство очень отличается от ботов человеческого масштаба, которые строят наши машины и пылесосят наши полы. Но Гуанджун Не, один из профессоров NCNT, который разработал нанороботов, указывает, что они способны чувствовать окружающую среду, ориентироваться и выполнять механические задачи, как большие роботы.
Исследователи работают с биотехнологической фирмой для коммерциализации наноботов, борющихся с раком . И Не говорит, что это всего лишь вкус того, что могут сделать нанороботы ДНК.
«То, что мы называем нанороботами, — это следующее поколение наномедицины. Медицинские нанороботы способные иметь лучший контроль и могут заставить работать клетки как машина», — говорит он. «В будущем мы продемонстрируем еще больше сценариев для наших нанороботов от мониторинга заболеваний до обнаружения повреждений тканей, лечения рака и, возможно, даже обнаружения и разрушения бляшек в наших кровеносных сосудах».
Нанороботы в медицине
Идея создания крошечных роботов для борьбы с болезнями внутри человеческого тела прослеживается, по крайней мере, еще в 1966 году, когда был выпущен фильм «Фантастическое путешествие», в котором подводная лодка и ее команда были сокращены и введены в тело ученого для удалить опасный сгусток крови.
В реальной жизни, конечно, не так просто сжать машины, тем более людей. Компьютерные чипы, электродвигатели и батареи обычно слишком громоздки для работы в кровеносных сосудах или между клетками.
Но возможность доступа к труднодоступным областям нашего тела может иметь серьезные последствия для медицины, поэтому ученые пытаются найти способы питания и контроля ботов внутри тела.
Наряду с повышением эффективности и уменьшением побочных эффектов сильнодействующих лекарств , нанороботы, слоняющиеся в нашем кровотоке, могут действовать как системы раннего оповещения о болезнях. А крошечные беспроводные хирургические инструменты могут позволить врачам выполнять медицинские процедуры, не разрезая людей.
Медицинские нанороботы — микрохирурги
Эрик Диллер, доцент кафедры машиностроения в университете Торонто в Канаде, работает над этой последней проблемой. Он разрабатывает роботов размером чуть меньше миллиметра, которые построены из упругих полимеров, наполненных магнитными частицами, которые можно протащить через жидкости и запустить, чтобы схватить объекты.
Эти крошечные боты управляются точными магнитными полями, генерируемыми рядом электромагнитов. По словам Диллера, роботы в конечном итоге могут быть использованы для сбора биопсии тканей или для переноса капсул с лекарствами внутрь организма.
Его лаборатория еще не тестировала устройства на животных, но исследователи из ETH Zurich, Швейцария, уже протестировали подобного микробота с магнитным наведением в глазу кролика , используя его для прокалывания кровеносного сосуда игольчатым наконечником. По словам Диллера, конечная цель — создать набор беспроводных хирургических инструментов.
«Вместо того, чтобы иметь открытый участок раны, мы хотели бы иметь возможность вводить хирургические инструменты, — говорит он. — Мы могли бы проводить неинвазивные, а не только минимально инвазивные процедуры без наружных порезов и без осложнений, возникающих в результате операции». »
Моторизованная медицина
Вероятно, наиболее разработанный и универсальный подход к микроскопическим медицинским роботам использует так называемые «наномоторы» и «микромоторы». Это крошечные частицы, трубки или провода, сделанные из таких материалов, как золото, магний и углерод. Они либо движутся, используя топливо, содержащееся в организме, например, желудочную кислоту или воду, либо тянутся или толкаются магнитными полями или ультразвуковыми волнами.
Исследователи показали, что эти устройства могут точно перемещаться к участкам заболевания и даже могут проникать глубоко в больную ткань для более эффективной доставки лекарств . В сочетании с биосенсорами, такими как ферменты или антитела, они могут создавать гораздо более чувствительные способы обнаружения химических сигналов заболевания, потому что их движение означает, что они сталкиваются с другими молекулами чаще.
По тому же принципу, объединяя их с наностержнями, которые поглощают токсины, могут когда-нибудь создать крошечных роботов, которые эффективно уничтожают вредные вещества в организме.
Доктор Джозеф Ван, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего, является одним из пионеров в этой области. В августе прошлого года его лаборатория продемонстрировала, что микромоторы, загруженные антибиотиками и питающиеся желудочной кислотой, могут лечить желудочные инфекции у мышей более эффективно, чем сам препарат.
«Мы просто сбрасываем моторы в желудок, и они просто плавают автономно», — сказал он. «Это как принимать таблетку и забывать об этом».
Природные нанороботы
Между тем, другие исследователи ищут способы использовать и перенаправить действия собственных крошечных машин природы.
В декабре группа из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Германии загрузила сперматозоиды противораковыми препаратами и оснастила их крошечными магнитными жгутами. Хвосты сперматозоидов обеспечивали движение, но ремни позволяют исследователям направлять их с помощью магнитного поля к опухолям мини-рака шейки матки, которые были выращены в чашке Петри. Они убили 87 процентов клеток опухоли в течение трех дней.
А в 2016 году команда из Политехнического Монреаля в Канаде похитила бактерии, которые естественным образом плавают вдоль линий магнитного поля , загружая их противораковыми препаратами и используя искусственные магнитные поля, чтобы направить их на опухоли у мышей.
В конце концов, Диллер говорит, что создание роботов с нуля даст нам гораздо больший контроль над их функциональностью. Но мы все еще далеки от того, чтобы имитировать природные инновации, поэтому на данный момент эти биогибридные подходы являются разумной идеей.
«На данный момент существует веский аргумент в пользу использования этих организмов, которые уже функционируют, и попыток изменить их, чтобы они соответствовали нашей цели», — говорит он. «Они обладают гораздо большей функциональностью, чем устройства, которые мы можем создать сегодня».
