Neutrofil-inspireret fremdrift

Inspireret af hvide blodlegemer, der ruller på endovaskulære vægge, før de overføres til sygdomsstedet, forskere ved ETH Zürich er lykkedes med at få partikler til at bevæge sig langs væggene i mikroskopiske, tredimensionelle fartøjer. Denne metode kan bruges i målrettet kræftbehandling.

Når hvide blodlegemer indkaldes til bekæmpelse af invasive bakterier, de bevæger sig langs blodkar på en bestemt måde, dvs. som en bold drevet af vinden, de ruller langs karvæggen for at nå deres indsættelsespunkt. Da hvide blodlegemer kan forankre sig til vaskulaturen, de er i stand til at bevæge sig i retning af blodstrømmen.

Denne type opførsel af de hvide blodlegemer tjente som inspiration for postdoc, Daniel Ahmed, der arbejdede i professor Bradley Nelsons forskningsgruppe ved ETH Zürich. I laboratoriet, Ahmed og hi-kolleger udviklede et nyt system, der gør det muligt for aggregater sammensat af magnetiserede partikler at rulle langs en kanal i et kombineret akustisk og magnetisk felt. Ud over, forskere fra Jürg Dual's gruppe har udviklet numeriske og teoretiske undersøgelser af projektet. Deres arbejde blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet, Naturkommunikation .

Strategien for enhedernes transportmekanisme er både enkel og genial, dvs. forskerne satte kommercielt tilgængelige, biokompatible magnetiske partikler til en kunstig vaskulatur. Når et roterende magnetfelt påføres, disse partikler samler sig selv til aggregater og begynder at dreje rundt om deres egne akser. Når forskerne anvender ultralyd med en bestemt frekvens og tryk, aggregaterne vandrer mod væggen og begynder at rulle langs grænserne. Rulningsbevægelsen påbegyndes, når mikropartiklerne opnår en minimumsstørrelse på seks mikrometer, som er 1/10 af et menneskehårs diameter. Når forskere slukker magnetfeltet, aggregaterne skilles fra i deres bestanddele og dispergeres i væskestrømmen.

Gennemførligt i levende væv

Til dato, Ahmed har kun testet dette system i kunstige kanaler. Imidlertid, han mener, at metoden er mulig til brug i levende organismer. Han udtalte, "Det ultimative mål er at bruge denne form for transportmekanisme til at levere medicin til steder, der er svært tilgængelige i kroppen og integrere den med billeddannelsesmetoder, "siger han. Han tænker på tumorer, som kun kan nås via smalle kapillærer, men som kan blive dræbt ved hjælp af rullende mikroterapeutika og deres aktive stoffer.

In vivo -billeddannelse er en vigtig udfordring inden for mikro- og nanorobotik. Ultralyds- og magnetisk billeddannelsesteknik er veletableret i klinisk praksis. I øjeblikket, der er flere in vivo billeddannelsesteknikker, f.eks., magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og magnetisk partikelbilleddannelse (MPI). Begge kan bruges til at spore aggregaterne af de superparamagnetiske partikler, der blev brugt i undersøgelsen. MPI, der bruger klinisk godkendt, jernoxidbaserede MR-kontrastmidler er i stand til 3-D, billedbehandling i høj opløsning i realtid. Forskerne ser frem til at funktionalisere nanodrugs med jernoxidpartiklerne for at muliggøre kortlægning af vaskulaturen og samtidig transport af nanodrugs.

Forbedre opløsning af ultralydsbilleder

Mekanismen udviklet via ultralyd er en anden potentiel anvendelse. For eksempel, superparamagnetiske partikler og kemoterapeutiske lægemidler kan inkorporeres i de polymere afskallede mikrobobler. Bobler bruges som kontrastmedium, der via en rullende bevægelse kan distribueres til vanskeligt tilgængelige områder af kroppen. Dette kan forbedre opløsningen af ​​ultralydsbilleder.

"I denne undersøgelse demonstrerede vi fremdrift ved hjælp af selvsamlende mikroaggregater, men det er kun begyndelsen, "Kommenterede Daniel Ahmed. Det næste trin vil være at undersøge, hvordan magnetiske mikroruller opfører sig under strømningsforhold med hjælpepartikler, såsom røde og hvide blodlegemer, og om det er muligt også at overtale de magnetiske partikler til at bevæge sig mod strømmen. Han vil også teste sit system in vivo i dyremodeller.