Ubåde små nok til at levere medicin inde i menneskekroppen

UNSW-ingeniører har vist, at mikroubåde, der drives af nanomotorer, kan navigere i menneskekroppen for at levere målrettet lægemiddellevering til syge organer uden behov for ekstern stimulans.

Kræftformer i menneskekroppen kan en dag behandles med små, selvkørende "mikro-ubåde", der leverede medicin til ramte organer, efter at UNSW Sydney kemiske og biomedicinske ingeniører beviste, at det var muligt.

I et papir udgivet i Materialer i dag , ingeniørerne forklarer, hvordan de udviklede ubåde i mikrometer, der udnytter biologiske miljøer til at justere deres opdrift, gør dem i stand til at transportere medicin til bestemte steder i kroppen.

Tilsvarende forfatter Dr. Kang Liang, med både School of Biomedical Engineering og School of Chemical Engineering ved UNSW, siger, at viden kan bruges til at designe næste generations "mikro-motorer" eller nanodrugsbiler, ved at anvende nye drivkræfter til at nå specifikke mål i kroppen.

"Vi ved allerede, at mikromotorer bruger forskellige eksterne drivkræfter-såsom lys, varme eller magnetfelt - for aktivt at navigere til et bestemt sted, "Dr. Liang siger.

"I denne forskning, Vi designede mikromotorer, der ikke længere er afhængige af ekstern manipulation for at navigere til et bestemt sted. I stedet, de drager fordel af variationer i biologiske miljøer til automatisk at navigere sig selv. "

Det, der gør disse partikler i mikrostørrelse unikke, er, at de reagerer på ændringer i biologiske pH-miljøer for selv at justere deres opdrift. På samme måde som ubåde bruger ilt eller vand til at oversvømme ballastpunkter for at gøre dem mere eller mindre flydende, gasbobler frigivet eller tilbageholdt af mikromotorerne på grund af pH-betingelserne i humane celler bidrager til, at disse nanopartikler bevæger sig op eller ned.

Dette er vigtigt ikke kun for medicinske anvendelser, men for mikromotorer generelt.

"De fleste mikromotorer kører på en 2-dimensionel måde, "Dr. Liang siger.

"Men i dette arbejde, vi designede en mekanisme til lodret retning. Vi kombinerede disse to koncepter for at komme med et design af autonome mikromotorer, der bevæger sig på en 3D-måde. Dette vil muliggøre deres ultimative brug som smarte lægemiddelbiler i fremtiden. "

Dr. Liang illustrerer et muligt scenario, hvor medicin tages oralt til behandling af kræft i maven eller tarmen. For at give en ide om skala, han siger, at hver kapsel medicin kunne indeholde millioner af mikro-ubåde, og inden for hver mikro-ubåd ville være millioner af lægemiddelmolekyler.

"Forestil dig, at du sluger en kapsel for at målrette mod en kræft i mave -tarmkanalen, " han siger.

"En gang i mave -tarmvæsken, mikro-ubåde, der bærer medicinen, kunne frigives. Inden for væsken, de kunne rejse til det øvre eller nederste område afhængigt af patientens retning.

"De lægemiddelbelastede partikler kan derefter internaliseres af cellerne på kræftstedet. Når de er inde i cellerne, de vil blive nedbrudt og forårsage frigivelse af stofferne til at bekæmpe kræften på en meget målrettet og effektiv måde. "

For at mikro-ubåde kan finde deres mål, en patient skal orienteres på en sådan måde, at kræften eller sygdommen, der behandles, enten er op eller ned - med andre ord, en patient ville enten være oprejst eller ligge.

Dr. Liang siger, at de såkaldte mikroubåde i det væsentlige er sammensatte metal-organiske rammer (MOF) -baserede mikromotorsystemer, der indeholder et bioaktivt enzym (katalase, CAT) som motor til gasboblegenerering. Han understreger, at han og hans kollegers forskning befinder sig på proof-of-concept-stadiet, med mange års test, der skal afsluttes, før dette kan blive en realitet.

Dr. Liang siger, at forskerteamet - bestående af ingeniører fra UNSW, University of Queensland, Stanford University og University of Cambridge — vil også kigge uden for medicinske applikationer for disse nye multi-directional nano-motorer.

"Vi planlægger at anvende dette nye fund på andre typer nanopartikler for at bevise denne tekniks alsidighed, " han siger.