Ученые создали биоинженерные водоросли-роботы, которые способны целенаправленно доставлять лекарства к пораженным участкам организма, открывая новые горизонты в медицине.
Группа исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка, расположенного в Штутгарте, представила инновационного био-гибридного микроробота, который основывается на водорослях и оснащен магнитным покрытием. Результаты исследования были опубликованы в журнале Matter.
Одноклеточные микроводоросли природного происхождения, размеры которых составляют всего десять микрон, отличаются замечательными способностями к передвижению: они используют два жгутика, чтобы плавать, как пловцы в технике брасса. Исследователи решили выяснить, сможет ли этот организм сохранить свои навыки плавания, если его покрыть тонким слоем натурального полимера хитозана, объединенного с магнитными наночастицами.
Эксперименты показали, что дополнительное покрытие почти не повлияло на скорость движения водорослей. Даже с учетом намагниченных частиц их средняя скорость составляла 115 микрометров в секунду, что примерно эквивалентно 12 длинам тела за секунду. Это значительно быстрее, чем у олимпийского пловца, который достигает около 1,4 длины тела за секунду.
Процесс покрытия клеток занял всего несколько минут, и девять из десяти водорослей успешно покрылись магнитными частицами. Первоначально ученые проверили свои био-гибридные микророботы в жидкости с вязкостью, схожей с водой.
Используя внешний магнитный контроль, они смогли эффективно управлять направлением движений водорослей и направить их вдоль миниатюрных цилиндров, напечатанных на 3D-принтере, где максимальное измерение в три раза превышало размер самих микроводорослей.
«Мы заметили, что био-гибридные микророботы ориентируются в трехмерных каналах тремя разными способами: возвращением назад, пересечением и магнитным пересечением. Без магнитного управления водоросли часто застревали, возвращаясь к начальной точке, в то время как при магнитном контроле они перемещались более плавно, избегая препятствий», — рассказала Биргюль Акольпоглу.
Следующий этап исследований включал увеличение вязкости жидкости до уровня, близкого к густоте слизи, для изучения влияния этой характеристики на движение микророботов. Ученые обнаружили, что в условиях высокой вязкости роботы двигались медленнее и стали описывать зигзагообразные траектории, передвигаясь вперед.
«Это указывает на то, что регулировка вязкости и магнитного поля может оптимизировать передвижение микророботов в сложных средах», — добавила Балтаджи.
В будущем ученые надеются задействовать таких микророботов в узких и труднодоступных пространствах, например, в тканях живых организмов. Эти био-гибридные устройства могут стать основой для разработки новых методов доставки медикаментов, открывая новые горизонты для медицинских технологий завтрашнего дня.
Кроме того, успех этой технологии может привести к созданию более сложных систем, которые будут не только доставлять лекарства, но также выполнять диагностику и мониторинг состояния органов. Потенциальное применение включает лечение раковых заболеваний, заболеваний сердца и других тяжелых состояний, где традиционные методы назначения препаратов могут быть неэффективны.
