Mikroboty przechwytują i niszczą uszkodzone komórki. To może być przełom

Technologię hybrydowych mikrobotów opracowali naukowcy z Wydziału Inzżnierii Mechanicznej i Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu w Tel Awiwie pod przewodnictwem profesora Gilada Yossifona, współpracując z doktorem Afu Fu z Izraelskiego Instytutu Technologii. Badania nad mikrobotami zostały opublikowane w czasopiśmie „Advanced Science”.

Hybrydowy mikrobot jest wielkości pojedynczej komórki biologicznej, jego średnica wynosi około 10 mikronów. Naukowcy opracowali dwa mechanizmy pozwalające na sterowanie mikrobotem, elektryczny i magnetyczny. Jest on w stanie bez przeszkód poruszać się między różnymi komórkami w próbce biologicznej. Co więcej, potrafi rozróżniać poszczególne ich typy oraz zdecydować, czy dana komórka jest zdrowa, czy umierająca.

Jeżeli potrzebna jest jakaś komórka do dalszej analizy, mikrobot ją przetransportuje. Ważną funkcją jest możliwość transfekcji leków bądź genu bezpośrednio do określonej, pojedynczej komórki. Wykorzystanie mikrobotów otwiera nowe możliwości analizy komórek, w transporcie i badaniach przesiewowych leków, także w chirurgii, ochronie środowiska, a przede wszystkim w diagnostyce medycznej.

Opracowanie zdolności mikrorobota do samodzielnego poruszania się zostało zainspirowane biologicznymi mikropływakami, takimi jak bakterie i plemniki. To innowacyjny obszar badań, który szybko się rozwija i ma wiele zastosowań w dziedzinach takich jak medycyna i środowisko, a także narzędzie badawcze.

---

Możliwości mikrobota naukowcy zademonstrowali, pokazując jego umiejętność wychwycenia pojedynczych komórek nowotworowych i komórek krwi. Wykazali, że jest on w stanie określić, w jakim stanie żywotności znajduje się obecnie dana komórka. Czy jest ona zdrowa, uszkodzona czy umierająca. Gdy tylko mikrobot zidentyfikował określoną komórkę, transportował ją do miejsca, gdzie można było poddać ją szczegółowej analizie.

Nasz nowy projekt znacząco rozwija technologię w dwóch głównych aspektach: napęd hybrydowy i nawigacja za pomocą dwóch różnych mechanizmów — elektrycznego i magnetycznego. Ponadto mikrorobot ma ulepszoną zdolność do identyfikowania i przechwytywania pojedynczej komórki, bez konieczności znakowania, do lokalnego testowania lub pobierania i transportu do zewnętrznego instrumentu. Badania te przeprowadzono na próbkach biologicznych w laboratorium do badań in vitro, ale w przyszłości planuje się opracowanie mikrorobotów, które będą również działały wewnątrz ciała – na przykład jako skuteczne nośniki leków, które można precyzyjnie kierować do celu.

---

Kolejnym ważnym aspektem jest napęd hybrydowy. Fizjologiczne środowisko ich pracy determinują mechanizmy, które wykażą się skutecznością na danym polu. Mikroboty oparte na elektrycznym mechanizmie nie sprawdzały się w przypadku środowiska, które charakteryzuje się wysokim przewodnictwem elektrycznym, napęd nie był efektywny.

Zastosowany w nowych mikrobotach mechanizm magnetyczny jest bardziej skuteczny i niezależny od przewodnictwa elektrycznego środowiska. Hybrydowy napęd i nawigacja oparta na kombinacji pól elektrycznych i magnetycznych pozwalają precyzyjnie określać pracę mikrobota.

Profesor Yossifon ma nadzieję, że technologia wpłynie pozytywnie na takie obszary naukowe jak diagnostyka medyczna, edycja genetyczna, opracowywanie leków czy oczyszczanie środowiska z cząstek zanieczyszczonych. Przyczyni się to do powstania laboratorium cząsteczkowego przeznaczonego do badań i prowadzenia diagnostyki w miejscach dostępnych tylko dla mikrocząsteczek.