Американскими научными специалистами из Университета Пенсильвании и Швейцарского федерального технологического института Цюриха разработаны искусственные микротрубочки, позволяющие доставлять лекарства непосредственно к опухолям, даже через самые узкие сосуды. Технология направляет движение микророботов. Разработка ученых опубликована в журнале Nature Machine Intelligence.
Ученые рассматривали возможность использования микророботов для доставки лекарств к опухолям или конкретным тканям. Такие устройства могли бы свободно перемещаться в кровотоке. Однако в человеческом организме существуют вязкие, сложные среды или узкие каналы, по которым микророботам трудно передвигаться. Кроме того, часто за то время, которое требуется микророботам для достижения цели, частицы, которые они несут, рассеиваются и диспергируются. Это нежелательно, так как может привести к побочным эффектам. Катетеры и микроиглы также используются для доставки лекарств, но с их миниатюризацией становится трудно закачивать лечебные вещества в организм.
Теперь ученые разработали систему, вдохновленную микротрубочками. Это белковые структуры, составляющие цитоскелет клеток. Различные везикулы перемещаются по микротрубочкам в разные части клетки. Искусственные микротрубочки, синтезированные исследователями, представляют собой тонкие волокна. Они изготовлены из сшитого полимера, что придает им эластичность. Волокна ламинированы никелевыми пластинами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Ширина микротрубочек составляет всего 80 мкм, поэтому они могут проходить даже через самые узкие сосуды.
Чтобы микротрубочки работали, необходимо приложить внешнее магнитное поле. Никелевые пластины являются магнитными, что позволяет микророботам двигаться. Чтобы заставить их двигаться, ученые использовали вращающееся магнитное поле, и чем выше скорость вращения, тем быстрее двигаются микророботы.
В экспериментах с использованием микротрубочек ученые показали, что микророботы и частицы могут двигаться даже через сильные течения в сосудах. И этот метод доставки лекарств намного быстрее. Кроме того, обнаружено, что при движении микрочастиц по никелевым пластинам они образуют кластеры, которые толкают друг друга вперед. Исследователи предположили, что, возможно, подобный процесс происходит в природе, в настоящих микротрубочках в клетках.
Чтобы применить искусственные микротрубочки в биомедицине, ученые планируют использовать другие магнитные материалы вместо никеля, который может быть токсичным. Например, оксид железа, использование которого в биомедицинских целях уже одобрено в США, является подходящим кандидатом. Специалисты также рассматривают различные варианты применения таких микротрубочек.
Доставка лекарств и удаление кровяных сгустков кажутся очевидными. Но есть и другой вариант: такими волокнами можно оплетать поверхность механических устройств, таких как протезы или имплантаты. Если микротрубочки покрыть антибактериальным веществом, они могли бы предотвратить образование на устройствах опасных бактериальных пленок.
