Микророботы излечивают рак

Медицинские микро- и нанороботы разрабатывают с начала века. Их потенциал для диагностики, целевой доставки лекарств, неинвазивной хирурги и детоксикации огромен. Но пока это только потенциал, поскольку роботов сложно точно перемещать в крови, моче, слюне, желудочном соке или агрессивной среде кишечника. Поэтому возник вопрос о том, как ими управлять, если их не видно сквозь биоткани? Кроме того, роботы должны быть биосовместимыми и полностью растворяться в организме, не оставляя после себя вредных веществ.

Именно таких роботов в виде крошечных микросфер разработала группа специалистов Калифорнийского технологического института во главе с профессорами Гао Вэйем (Wei Gao) и Джулией Грир (Julia R. Greer). Робот представляет собой шар из биосовместимого диакрилата полиэтиленгликоля. Такая форма позволяет роботу удерживать большое количество жидкости. Ученые изготовили микроструктуры методом двухфотонной полимеризации импульсами ИК-лазера, который избирательно полимеризовал фоточувствительный гидрогель диакрилата. Технология дает возможность слой за слоем выращивать объекты сложной формы.

Исследователям удалось распечатать микроструктуры размером примерно в 30 микрон. В оболочках сферы микроробот несет лекарственные препараты и магнитные наночастицы. С их помощью под действием внешнего магнитного поля медики смогли перемещать роботов в нужное место. Здесь они остаются на время, чтобы всё лекарство продиффундировало наружу, а затем бесследно растворяются.

Внешняя поверхность сфер гидрофильна, то есть притягивает воду, поэтому они не слипаются. Внутренняя поверхность гидрофобна, поэтому долго удерживает внутри сферы пузырек воздуха, который иначе мог бы легко раствориться. Под действием ультразвука пузырьки внутри сфер вибрируют, и окружающая жидкость начинает течь через эти сферы — для этого в них сделаны специальные отверстия. Это позволяет неспешно и точно перемещать микросферы в биологических жидкостях. Пузырьки также обеспечивают ультразвуковой контраст для визуализации и отслеживания роботов внутри тела в режиме реального времени.

Ученые тестировали роботов на мышах с опухолями мочевого пузыря. В опытах микросферы успешно переносили к ним лекарство. При этом роботы могли действовать несколько дней, а не несколько минут, как в прежних экспериментах. Четырехкратная доставка лекарства в течение трех недель сокращала опухоли мышей сильнее, чем обычное лечение без использования микророботов. Исследователи также надеются на широкое применение своей технологии при различных заболеваниях. Медики намерены провести клинические испытания (Science Robotics).