Китайские ученые создали микророботов, которые могут плавать по кровеносному руслу. Такие роботы позволяют доставлять лекарства к больным органам. И лечить, без преувеличения, почти все известные болезни — от воспалительных до раковых.
Вдохновлялись китайские инженеры тихоходками — это микроскопические животные, которые похожи на насекомых и пауков. Микророботы имеют размер 20 микрон — это в 4−5 раз тоньше человеческого волоса. Результаты своих разработок Исследователи из Харбинского технологического института (HIT) опубликовали в ведущем журнале Science Advances.
Полимерные тихоходки скользят, как лыжники, на молекулярной смазке
Микророботы — новое слово в медицине. Мечтали о создании таких микроскопических роботов еще восьмидесятые годы. Вспомните американский научно-фантастический фильм «Внутреннее пространство» о том, как капсулу с пилотом помещают в человеческое тело. И вот то, что казалось еще недавно фантастикой — сейчас стало реальностью.
В американском кино чудо-капсулу хотели «вколоть» сначала лабораторному кролику. В китайской лаборатории так и произошло: микроробота тестировали на кроликах.
Внешне микроробот похож на тихоходку — существо, которое может легко плыть даже против течения. Поверхность робота напоминает клеточную мембрану эритроцита — за счет этого аппарат может «прилипать» ко внутренней стенке сосудов.
Кроме того, такая мембрана позволяет уменьшать трение по принципу гидратационной смазки.
Микроробот может точечно доставлять лекарства, например, в сердцевину злокачественных опухолей. Причем крошечные устройства легко передвигаются и по другим средам человеческого тела — от желудочного сока до стекловидного тела глаза.
Кровяное «цунами» оседлают с помощью магнитных наночастиц
Микрокапсулы, которые могут «путешествовать» по человеческому телу, пытались создать и раньше. Какими причудливыми они только не были! Сферические, продолговатые, с малюсенькими пропеллерами (их еще называют спермоботы)…
Причем всеми этими капсулами было очень сложно управлять. Для этого пациента помещали в специальное устройство с точно направленными магнитными полями. Металлические микрокапсулы двигались по кровотоку вдоль магнитных линий — и попадали в «нужный» внутренний орган вместе с лекарством.
С учетом размеров микророботов им приходится, попадая в кровоток, бороться с сильнейшим течением. Роботу нужно каждую секунду проплывать 1 тысячу длин собственного тела.
Подплывает эта крошечная машинка к нужному органу — и ей почти невозможно прикрепиться изнутри к стенке сосуда. Так харбинские ученые и обратили внимание на тихоходок, клешни которых позволяют закрепляться на любой, самой скользкой, поверхности.
«Собирали» микророботов из специальных полимеров (хитозана и альгината), на которые наносили магнитные наночастицы. А внутрь полимера помещали частицы лекарства.
Химиопрепарат попадет через «фильтр» в сердце любой опухоли
Созданные китайцами роботы-тихоходки могут лечить самые разные болезни. Например, противоопухолевые препараты можно доставить в раковую ткань. Причем сложные лекарства, которые «перевозит» микроробот, будут защищены от агрессивного воздействия жидкостей человеческого тела. Даже через желудочный сок — а это соляная кислота и разрушительные ферменты.
Многие опухоли возникают в таких частях тела, которые самой природой защищены от лекарств. Например, в головном мозге, кровеносные сосуды которого имеют тончайший фильтр (так называемый гематоэнцефалический барьер), чтобы «охранять» мозг от ядов и токсинов. При этом опухоль как бы защищается и от лекарства. Так же устроен «фильтр» в сосудах, снабжающих кровью яички.
Именно поэтому так сложна химиотерапия рака яичек — организм разрушает лекарства, принимая их за опасность. Китайские микророботы способны легко обманывать такие «фильтры», мимикрируя под кровяные тельца, и добираться до самой труднодоступной опухоли.
При химиотерапии есть и множество других проблем. Например, в разные части опухолей (корковую и внутреннюю) нужно доставлять разные лекарства или одно лекарство, но в разной концентрации.
Также нельзя вводить слишком много химиопрепаратов — они очень сильно нагружают печень, почки, легкие, селезенку. Последние десятилетия ученые во всем мире бьются над тем, чтобы создать такие химиопрепараты, которые бы накапливались лишь в раковых клетках. Минуя здоровые.
Ну и микророботы способны сделать, по сути, «волшебную инъекцию» прямо в каждую пораженную клеточку.
Пневмониям, инфарктам и диабету можно сказать «прощай»
Микророботы-тихоходки способны лечить даже инфаркт миокарда. При этом происходит точечное отмирание сердечной мышцы. К очагу можно доставить стволовые клетки, которые затем разрастутся в здоровую мышечную ткань.
Такой же принцип можно использовать и при других клеточных болезнях. Например, при сахарном диабете — при котором погибают бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы (они вырабатывают инсулин) или при болезни Паркинсона, когда гибнут специфические нейроны головного мозга, синтезирующие нейромедиатор дофамин.
Восстановить погибшие клеточки можно за счет стволовых — только если доставить их с максимальной точностью в больной орган. Причем микророботы могут «защитить» стволовые клетки от иммунной системы.
Микророботы могут лечить также сложные воспаления и внутренние травмы. Для этого к болезненному очагу можно доставить стволовые клетки и специальные вещества, которые «охлаждают» вредоносные ферменты и медиаторы воспаления — цитокины, протеазы и хемокины.
Представьте себе, что через несколько лет таким образом удастся полностью победить даже пневмонии. А ведь от воспаления легких каждый год в мире умирает почти 1,5 млн человек — столько же, как от диабета. Но и его китайские микророботы победят.
