В будущем многие болезни можно будет лечить с помощью крошечных роботов, плавающих в крови человека и поставляющих лекарства. Новое испытание этих видов медицинских устройств было проведено исследователями из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия). Они были вдохновлены движением лейкоцитов — или белых кровяных клеток, — в теле человека, чтобы создать новый дизайн микро-робота (в виде сферы), который может двигаться против течения кровотока.
Их лечебные микро-роботы имеют форму, размер и подвижность лейкоцитов и, возможно, могут революционизировать минимально инвазивное лечение различных заболеваний.
Эти маленькие машины по существу представляют собой стеклянные микрочастицы, шириной менее восьми микрометров. Одна половина покрыта тонкой пленкой из никеля и золота, в то время как другая несет полезный груз с препаратом. В проведенных тестах полезными грузами были противораковые молекулы, а также специфические биомолекулы, которые распознают раковые клетки.
Вместо того, чтобы плавать в крови, как другие микро-роботы, новые устройства могут передвигаться, скользя по стенкам кровеносных сосудов, так же как это делают лейкоциты. Направление этого движения можно контролировать снаружи тела с помощью магнитного поля. При включении сторона с металлическим покрытием тянет устройство в нужное направление.
«Используя магнитные поля, наши микро-роботы могут перемещаться вверх по течению через имитируемый кровеносный сосуд. Движение специально было затруднено сильным кровотоком и плотной клеточной средой», — говорит Юнус Алапан, ведущий автор исследования.
Исследователи проверили их в лабораторных тестах. Они использовали искусственные кровеносные сосуды и обнаружили, что магнитное притяжение было достаточно сильным, чтобы роботы могли двигаться в любом направлении, даже против кровяного потока. Когда роботы выключены, они просто плывут по течению. Потенциально у ученых будет точный контроль над тем, где в теле находятся машины и как они движутся.
«Ни один из нынешних микро-роботов не мог противостоять этому потоку. Кроме того, наши машины могут автономно распознавать представляющие интерес клетки, например, раковые клетки. Они делают это благодаря покрытию клеточно-специфических антител на поверхности. Затем они могут высвобождать молекулы лекарственного средства, находясь в движении».
В этих тестах команда засекала скорость передвижения устройств до 600 микрометров в секунду, или 76 длин тела в секунду. Пока что это самый быстрый результат для микро-роботов такого масштаба.
Исследователи говорят, что потребуются целые рои этих роботов, чтобы появился какой-либо эффект. Отдельные микросферы были бы слишком малы, чтобы их можно было обнаружить в организме, используя большинство распространенных технологий для получения изображений. Также они не могли бы нести достаточное количество лекарств самостоятельно.
Несмотря на то, что предстоит еще много работы, чтобы довести устройства до этой стадии, команда надеется, что эта методика позволит неинвазивно и точно лечить целый ряд заболеваний и недугов.
Исследование было опубликовано в журнале Science Robotics.