Mäkký magnetický robot veľkosti zrnka doručí do tela viacero liekov

Výskumníci z Fakulty strojárstva a leteckého a kozmického inžinierstva na Technickej univerzite Nanyang (NTU) v Singapure nadviazali na predchádzajúcu prácu a vytvorili mäkkého robota veľkosti zrnka ryže, ktorý môže vstúpiť do tela a byť riadený magnetickými poľami, aby sa dostal k určitému cieľu. Keď sa tam dostane, môže rýchlo alebo pomaly uvoľniť lieky, ktoré má uložené vo svojom malom ráme.

Hoci tento druh malej biotechnológie nie je nový, skutočnosť, že tento mikrorobot má až štyri priehradky, ktoré môžu prenášať a uvoľňovať rôzne lieky, je nová.

„V tejto práci sme navrhli milimetrového mäkkého robota, ktorý sa dá ovládať striedavými magnetickými poľami na dávkovanie štyroch druhov liekov s preprogramovateľnou postupnosťou a dávkovaním,“ povedal docent Lum Guo Zhan, vedúci výskumník. „Táto funkcia dávkovania liekov je pre malé roboty bezprecedentná, pretože väčšina takýchto existujúcich robotov dokáže prepravovať nanajvýš jeden typ lieku. Existujú síce vzácne miniatúrne roboty, ktoré dokážu prenášať viacero liečiv, ale takéto roboty nedokážu meniť poradie a dávkovanie dávkovania liečiva. Tieto roboty nedokážu prepravovať viac ako tri typy liekov, selektívne dávkovať svoje lieky, udržiavať svoju pohyblivosť alebo uvoľňovať svoje lieky na viacerých miestach.“

„V porovnaní s tým má náš mäkký robot veľký potenciál umožniť pokročilú cielenú kombinovanú terapiu, pri ktorej je potrebné dopraviť štyri druhy liekov na rôzne miesta ochorenia, pričom každý z nich má špecifické poradie a dávkovanie liekov.“

Ak vám to znie trochu ako sci-fi, máte pravdu. Tím sa totiž pôvodne inšpiroval filmom Fantastická cesta z roku 1966.

„To, čo bolo scenárom v sci-fi filme, sa teraz vďaka inovácii nášho laboratória približuje realite,“ povedal Lum. „Tradičné metódy podávania liekov, ako je perorálne podávanie a injekcie, sa budú zdať relatívne neefektívne, keď sa postavia proti vyslaniu malého robota do tela, aby doručil liek presne tam, kde je potrebný.“

Predtým tím vytvoril malého robota, ktorý dokázal „plávať“ cez otvory a držať sa malých predmetov, tiež ovládaného magnetmi. Nový vývoj, ktorý obsahuje malého robota vyrobeného z magnetických mikročastíc a polyméru, je však obrovským krokom vpred v oblasti biokompatibilného personalizovaného a cieleného dodávania liekov.

Tento maličký robot je prvý svojho druhu, ktorý vykazuje biokompatibilitu aj účinnosť pri riadenom uvoľňovaní rôznych liekov na rôznych miestach. Má tak potenciál zmeniť spôsob doručovania liečiv.

„Ako lekár, ktorý vykonáva minimálne invazívne zákroky, v súčasnosti používam na liečbu problémov katéter a drôt na pohyb po cievach,“ povedal Dr. Yeo Leong Litt Leonard, chirurg na oddelení neurológie na lekárskej fakulte Národnej univerzitnej nemocnice a Všeobecnej nemocnice Ng Teng Fong, ktorý sa na výskume nepodieľal. „Ale môžem predvídať, že nebude trvať dlho, kým to nahradia malé roboty, ktoré dokážu autonómne plávať telom, aby sa dostali na miesta, kam sa s našimi nástrojmi nedostaneme. Tieto roboty by mohli zostať na mieste a časom uvoľňovať lieky, čo by bolo oveľa bezpečnejšie ako ponechanie katétra alebo stentu v tele na dlhý čas. Ide o prelomový objav v medicíne, ktorý je na pokraji úspechu.“

Lum, ktorý pracuje na malých robotoch už 11 rokov, tiež verí, že táto nová technológia má potenciál zmeniť tvár invazívnych lekárskych zákrokov a poskytnúť cielenejšiu a účinnejšiu liečbu.

Robot, ktorý sa ešte musí podrobiť klinickému testovaniu, zatiaľ preukázal, že sa dokáže pohybovať v kvapalinách rôznej viskozity, ktoré napodobňujú prostredie, s ktorým by sa stretol v ľudskom tele. Pri laboratórnych testoch sa dokázal navigovať do štyroch rôznych oblastí rýchlosťou od 0,30 mm do 16,5 mm za sekundu a na každom mieste uvoľniť špecifické liečivo. Inžinieri navyše dokázali manipulovať so zariadením tak, aby pomaly uvoľňovalo liek počas ôsmich hodín, a veria, že robot má potenciál ponúknuť okamžité aj dlhodobé podávanie liekov, prispôsobené potrebám pacienta.

„Plán na realizáciu tohto cieľa spočíva v tom, že najprv sa bude ďalej hodnotiť výkonnosť robotov so zariadeniami na báze orgánov na čipoch a nakoniec sa uskutočnia testy na zvieratách,“ dodal Lum. „Túto etapu výskumu by sme mohli dokončiť v priebehu nasledujúcich dvoch až piatich rokov.“

Výskumný tím NTU sa teraz zaoberá vývojom ešte menších mäkkých robotov, ktoré by sa mohli použiť na prekonávanie hematoencefalickej bariéry pri nádoroch a tiež na liečbu rakoviny močového mechúra a hrubého čreva. A keď zariadenie vykoná svoju prácu, môže sa bezpečne odstrániť z tela - jednoducho ho nasmerujete späť tak, ako vstúpilo.

„Naším cieľom je, aby náš robot po vykonaní požadovanej liečby mohol obrátiť svoju trajektóriu a odísť cez miesto vstupu,“ vysvetlil Lum. „Keďže náš malý robot dokáže využiť svoju veľkosť na neinvazívny prístup do ľudského tela cez prirodzené otvory alebo cez dierky, bude môcť cez tieto otvory aj vystúpiť.“

„V týchto experimentoch sme ukázali, že 98,791 - 99,633 % anonymných ľudských dermálnych fibroblastových buniek (ATCC) zostalo životaschopných po tom, ako interagovali s inteligentnými magnetickými kompozitmi nášho robota,“ dodal. „Keďže tieto miery životaschopnosti sú vyššie ako 98 % a sú podobné miere životaschopnosti kontrolnej skupiny, ktorá sa vyhodnotila na 99,688 %, takéto výsledky naznačujú, že naše inteligentné magnetické kompozity nespôsobujú pozorovateľné poškodenie alebo smrť buniek a sú skutočne veľmi biokompatibilné.“

Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Advanced Materials.