Tedavi edilmeyen fareler üç gün sonra ölürken, mikrorobotlarla tedavi edilen tüm fareler 30 günden uzun süre hayatta kaldı.
San Diego’daki California Üniversitesi’nden nanomühendisler, akciğerlerde yüzebilen, ilaç dağıtabilen ve yaşamı tehdit eden bakteriyel pnömoni vakalarını tedavi etmek için kullanılabilen mikro robotlar adı verilen küçük robotlar yarattılar.
Mikrorobotlar, farelerin akciğerlerinde zatürreye neden olan bakterileri güvenli bir şekilde ortadan kaldırarak %100 hayatta kalma oranı sağladı. Buna karşılık, tedavi edilmeyen fareler enfeksiyondan üç gün sonra öldü.
Bulgular yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa Malzemeleri.
Mikrorobotlar, yüzeyleri antibiyotik içeren nanoparçacıklarla beneklenmiş alg hücrelerinden yapılır. Algler hareketlilik sağlayarak mikrorobotların etrafta yüzmesine ve akciğerlerdeki daha fazla bakteriye doğrudan antibiyotik vermesine izin veriyor. Antibiyotik içeren nanoparçacıkları oluşturan küçük biyolojik olarak parçalanabilen polimer küreler, bir tür beyaz kan hücresi olan nötrofillerin hücre zarları ile kaplanır.
Bu hücre zarları, bakteriler ve vücudun bağışıklık sistemi tarafından üretilen enflamatuar molekülleri absorbe etmeleri ve nötralize etmeleri bakımından benzersizdir. Sonuç olarak, mikrorobotlar, zararlı iltihaplanmayı azaltabildikleri için akciğer enfeksiyonlarıyla daha iyi mücadele etme yeteneğine sahiptir.
Biyolojik olarak parçalanabilen polimer nanopartiküller (kahverengi) ile kaplı bir alg hücresinden (yeşil) yapılmış zatürre ile savaşan bir mikrorobotun renkli SEM görüntüsü. Nanopartiküller antibiyotik içerir ve nötrofil hücre zarları ile kaplanır. Kredi bilgileri: Fangyu Zhang ve Zhengxing Li
UC San Diego Jacobs Mühendislik Okulu’nda nanomühendislik profesörleri olan Joseph Wang ve Liangfang Zhang, projede işbirliği yaptı. Wang, mikro ve nanorobotik alanında bir dünya lideridir ve Zhang, enfeksiyonları ve hastalıkları iyileştirmek için canlı hücrelere benzeyen nanoparçacıkların geliştirilmesinde bir dünya lideridir.
Birlikte, mide ve kandaki bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için canlı hayvanlarda güvenle kullanılabilen küçük ilaç veren robotların geliştirilmesine öncülük ettiler. Bakteriyel akciğer enfeksiyonlarını tedavi etmek, iş kollarında en sonuncusudur.
“Amacımız, akciğerler gibi vücudun daha zorlu bölgelerine hedefli ilaç dağıtımı yapmak. Ve bunu güvenli, kolay, biyolojik olarak uyumlu ve uzun ömürlü bir şekilde yapmak istiyoruz” dedi Zhang. “Bu çalışmada bunu gösterdik.”
Ekip, mikrorobotları, fareleri bakterilerin neden olduğu akut ve potansiyel olarak ölümcül bir pnömoni formuyla tedavi etmek için kullandı. Pseudomonas aeruginosa. Bu pnömoni formu, yoğun bakım ünitesinde mekanik ventilasyon alan hastaları sıklıkla etkiler. Araştırmacılar, mikrorobotları farelerin akciğerlerine soluk borusuna yerleştirilmiş bir tüp aracılığıyla verdi. Enfeksiyonlar bir hafta sonra tamamen düzeldi. Mikrorobotlarla tedavi edilen tüm fareler son 30 gün hayatta kalırken, tedavi edilmeyen fareler üç gün içinde öldü.
Mikro robotlarla yapılan tedavi, kan dolaşımına IV antibiyotik enjeksiyonundan daha etkiliydi. İkincisi, aynı etkiyi elde etmek için mikro robotlarda kullanılandan 3000 kat daha yüksek bir antibiyotik dozu gerektiriyordu. Karşılaştırma için, bir doz mikrorobot fare başına 500 nanogram antibiyotik sağlarken, IV enjeksiyon fare başına 1.644 miligram antibiyotik sağladı.
Ekibin yaklaşımı çok etkili çünkü ilacı vücudun geri kalanına yaymak yerine tam olarak gitmesi gereken yere koyuyor.
Wang, “Bu sonuçlar, hedeflenen ilaç dağıtımının mikroalglerden gelen aktif hareketle birleştiğinde terapötik etkinliği nasıl geliştirdiğini gösteriyor” dedi.
“IV enjeksiyonla, bazen antibiyotiklerin çok küçük bir kısmı akciğerlere girer. UC San Diego Tıp Okulu ve Skaggs Eczacılık ve Eczacılık Bilimleri Okulu’nda profesör olan Victor Nizet, “Bu nedenle, pnömoni için mevcut birçok antibiyotik tedavisi gerektiği gibi çalışmıyor ve en hasta hastalarda çok yüksek ölüm oranlarına yol açıyor” dedi. çalışmanın ortak yazarı ve Wang ve Zhang’ın doktor-bilim insanı işbirlikçisi olan Dr. “Bu fare verilerine dayanarak, mikrorobotların bakteriyel patojenleri öldürmek ve daha fazla hastanın hayatını kurtarmak için antibiyotik penetrasyonunu potansiyel olarak iyileştirebileceğini görüyoruz.”
Ve eğer alg hücrelerini ciğerlerinize yerleştirme düşüncesi sizi rahatsız ediyorsa, araştırmacılar bu yaklaşımın güvenli olduğunu söylüyor. Tedaviden sonra vücudun bağışıklık hücreleri, kalan nanoparçacıklarla birlikte algleri verimli bir şekilde sindirir. Wang, “Toksik hiçbir şey geride kalmıyor” dedi.
Çalışma hala kavram kanıtlama aşamasında. Ekip, mikrorobotların bağışıklık sistemiyle tam olarak nasıl etkileşime girdiğini anlamak için daha temel araştırmalar yapmayı planlıyor. Sonraki adımlar, mikrorobot tedavisini doğrulamak ve daha büyük hayvanlarda ve nihayetinde insanlarda test etmeden önce ölçeklendirmek için yapılan çalışmaları da içeriyor.
Zhang, “Hedefli ilaç dağıtımı alanında sınırları daha da zorluyoruz” dedi.
Referans: “Akut bakteriyel pnömoniyi tedavi etmek için in vivo antibiyotik iletimi için nanopartikülle modifiye edilmiş mikrorobotlar” yazan Fangyu Zhang, Jia Zhuang, Zhengxing Li, Hua Gong, Berta Esteban-Fernández de Ávila, Yao Duan, Qiangzhe Zhang, Jiarong Zhou, Lu Yin, Emil Karshalev, Weiwei Gao, Victor Nizet, Ronnie H. Fang, Liangfang Zhang ve Joseph Wang, 22 Eylül 2022, Doğa Malzemeleri.
DOI: 10.1038/s41563-022-01360-9
Çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi.