Cellelignende nanorobotter fjerner bakterier og toksiner fra blod

Ingeniører ved University of California San Diego har udviklet små ultralyd-drevne robotter, der kan svømme gennem blod, fjernelse af skadelige bakterier sammen med de toksiner, de producerer. Disse proof-of-concept nanorobots kunne en dag tilbyde en sikker og effektiv måde at afgifte og dekontaminere biologiske væsker.

Forskere byggede nanorobotterne ved at belægge guld nanotråde med en hybrid af blodplader og røde blodlegememembraner. Denne hybridcellemembranbelægning giver nanorobotter mulighed for at udføre opgaverne for to forskellige celler på én gang - blodplader, som binder patogener som MRSA-bakterier (en antibiotikaresistent stamme af Staphylococcus aureus), og røde blodlegemer som absorberer og neutraliserer toksiner produceret af disse bakterier. Nanorobots guldlegeme reagerer på ultralyd, hvilket giver dem mulighed for at svømme hurtigt rundt uden kemisk brændstof. Denne mobilitet hjælper nanorobotterne effektivt med at blande sig med deres mål (bakterier og toksiner) i blodet og fremskynde afgiftning.

Arbejdet, udgivet 30. maj i Science Robotics , kombinerer teknologier udviklet af Joseph Wang og Liangfang Zhang, professorer i Institut for NanoEngineering ved UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wangs team udviklede de ultralydsdrevne nanorobots, og Zhangs team opfandt teknologien til at dække nanopartikler i naturlige cellemembraner.

"Ved at integrere naturlige cellebelægninger på syntetiske nanomaskiner, vi kan bibringe nye muligheder for små robotter såsom fjernelse af patogener og toksiner fra kroppen og fra andre matricer, "sagde Wang." Dette er en proof-of-concept platform til forskellige terapeutiske og biodetoksificerende applikationer. "

"Ideen er at oprette multifunktionelle nanorobots, der kan udføre så mange forskellige opgaver på én gang, "sagde co-første forfatter Berta Esteban-Fernández de Ávila, en postdoktor i Wangs forskningsgruppe ved UC San Diego. "At kombinere trombocytter og røde blodlegememembraner i hver nanorobot -belægning er synergistisk - blodplader målretter mod bakterier, mens røde blodlegemer målretter og neutraliserer de toksiner, som bakterierne producerer. "

Belægningen beskytter også nanorobotterne mod en proces kendt som biofouling - når proteiner samler sig på overfladen af ​​fremmedlegemer og forhindrer dem i at fungere normalt.

Forskere skabte hybridbelægningen ved først at adskille hele membraner fra blodplader og røde blodlegemer. De anvendte derefter højfrekvente lydbølger for at smelte membranerne sammen. Da membranerne blev taget fra egentlige celler, de indeholder alle deres oprindelige celleoverfladeproteinfunktioner. For at lave nanorobotter, forskere belagt hybridmembranerne på guld nanotråde ved hjælp af specifik overfladekemi.

Nanorobotterne er cirka 25 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. De kan rejse op til 35 mikrometer i sekundet i blod, når de drives af ultralyd. I test, forskere brugte nanorobotterne til at behandle blodprøver forurenet med MRSA og deres toksiner. Efter fem minutter, disse blodprøver havde tre gange færre bakterier og toksiner end ubehandlede prøver.

Arbejdet er stadig på et tidligt stadie. Forskere bemærker, at det ultimative mål ikke er at bruge nanorobots specifikt til behandling af MRSA -infektioner, men mere generelt til afgiftning af biologiske væsker. Fremtidens arbejde omfatter test i levende dyr. Teamet arbejder også på at lave nanorobots ud af bionedbrydelige materialer i stedet for guld.

Papirtitel:"Hybrid biomembran-funktionaliserede nanorobots til samtidig fjernelse af patogene bakterier og toksiner." Medforfattere omfatter fælles med-førsteforfattere Pavimol Angsantikul og Doris. E Ramirez-Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian og Diana Dehaini, Yijie Chen, alle på UC San Diego.