O echipă de specialiști în nanoinginerie de la Universitatea din California, San Diego, au dezvoltat roboți microscopici – microroboți, care se pot deplasa în plămâni, pot furniza medicamente și pot fi utilizați pentru a trata cazurile de pneumonie bacteriană care pun viața în pericol.

La șoareci, microroboții au eliminat în siguranță bacteriile din plămâni care au cauzat pneumonia cu o rată de supraviețuire de 100%. În schimb, șoarecii netrați au murit cu toții la trei zile după infectare.

Rezultatele sunt publicate pe 22 septembrie în Nature Materials.

Microroboții sunt alcătuiți din celule de alge ale căror suprafețe sunt presărate cu nanoparticule umplute cu antibiotice. Algele asigură mișcarea, ceea ce le permite microroboților să se deplaseze și să livreze antibiotice direct către bacteriile din plămâni. Nanoparticulele, care conțin antibioticele, sunt făcute din sfere de polimer biodegradabile minuscule care sunt acoperite cu membranele celulare ale neutrofilelor – un tip de globule albe. Ceea ce este special la aceste membrane celulare este că absorb și neutralizează moleculele inflamatorii produse de bacterii și de sistemul imunitar al organismului. Acest lucru le oferă microroboților capacitatea de a reduce inflamația dăunătoare, făcându-i mai eficienți în lupta împotriva infecțiilor pulmonare.

Lucrarea reprezintă un efort comun de colaborare între laboratoarele profesorilor de nanoinginerie, Joseph Wang și Liangfang Zhang, ambii de la UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang este un lider mondial în domeniul cercetării micro și nanorobotice, în timp ce Zhang este un lider mondial în dezvoltarea nanoparticulelor care imită celulele pentru tratarea infecțiilor și a bolilor. Împreună, au fost pionieri în dezvoltarea unor roboți mici care livrează medicamente și care pot fi utilizați în siguranță la animalele vii pentru a trata infecțiile bacteriene din stomac și sânge. Tratarea infecțiilor bacteriene pulmonare este cea mai recentă reușită din domeniul lor de activitate.

„Scopul nostru este să facem livrarea direcționată a medicamentelor în părți ale corpului care reprezintă o provocare, așa cum sunt plămânii. Și vrem să o facem într-un mod sigur, ușor, biocompatibil și de lungă durată. Asta am reușit să demonstrăm în această lucrare”, a spus Zhang.

Echipa a folosit microroboții pentru a trata șoarecii cu o formă acută și potențial fatală de pneumonie cauzată de bacteria Pseudomonas aeruginosa. Această formă de pneumonie afectează frecvent pacienții care primesc ventilație mecanică în secția de terapie intensivă. Cercetătorii au administrat microroboții în plămânii șoarecilor printr-un tub introdus în trachee. Infecțiile au fost înlăturate complet după o săptămână. Toți șoarecii tratați cu microroboți au supraviețuit în ultimele 30 de zile, în timp ce șoarecii netratați au murit în trei zile.

De asemenea, tratamentul cu microroboți a fost mai eficient decât o injecție IV de antibiotice în fluxul sanguin. Acesta din urmă a necesitat o doză de antibiotice de 3000 de ori mai mare decât cea folosită la microroboți pentru a obține același efect. Pentru comparație, o doză de microroboți a furnizat 500 de nanograme de antibiotice per șoarece, în timp ce o injecție IV a furnizat 1,644 miligrame de antibiotice per șoarece.

Abordarea echipei s-a dovedit atât de eficientă, întrucât medicamentul ajunge exact acolo unde trebuie fără a se împrăștia prin restul corpului.

”Aceste rezultate arată cum livrarea direcționată a medicamentelor, combinată cu mișcarea activă a microalgelor, îmbunătățește eficacitatea terapeutică”, a spus Wang.

„Cu o injecție IV, uneori doar o fracțiune foarte mică de antibiotice va ajunge în plămâni. De aceea, multe dintre tratamentele antibiotice actuale pentru pneumonie nu funcționează atât de bine pe cât este necesar, ceea ce duce la rate foarte mari de mortalitate în rândul pacienților bolnavi”, a spus Victor Nizet, profesor la UC San Diego School of Medicine și Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, coautor al studiului.

„Pe baza acestor date obținute de la șoarecii de laborator, am observat că microroboții ar putea îmbunătăți tratamentul cu antibiotice pentru a ucide agenții patogeni bacterieni și pentru a salva viețile mai multor pacienți”, completează acesta.

Cercetătorii spun că abordarea cu alge, care ajung în plămâni, este sigură. După tratament, celulele imune ale organismului digeră eficient algele, împreună cu orice nanoparticule rămase: „Nimic toxic nu este lăsat în urmă”.

Lucrarea se află în stadiul de demonstrare a conceptului. Echipa intenționează să facă mai multe cercetări pentru a înțelege exact cum interacționează microroboții cu sistemul imunitar. Următorii pași includ studii pentru validarea tratamentului cu microrobot și extinderea acestuia înainte de a-l testa pe animale mai mari și pe oameni.

„Depășim și mai mult granița în domeniul livrării țintite de medicamente”, a spus Zhang.

 

Sursă material și foto: EurekAlert.org