Personlige mikrorobotter svømmer gennem biologiske barrierer, levere medicin til celler

Små biohybrid-robotter på mikrometerskalaen kan svømme gennem kroppen og levere medicin til tumorer eller levere andre lastbærende funktioner. De naturlige miljømæssige tendenser til bakterier betyder, at de kan navigere mod bestemte kemikalier eller fjernstyres ved hjælp af magnetiske eller lydsignaler.

At være succesfuld, disse små biologiske robotter skal bestå af materialer, der kan passere clearance gennem kroppens immunrespons. De skal også kunne svømme hurtigt gennem tyktflydende miljøer og trænge ind i vævsceller for at levere last.

I et papir, der blev offentliggjort i denne uge i APL Bioingeniør , fra AIP Publishing, forskere fremstillede biohybrid bakterielle mikrosvømmere ved at kombinere en genetisk manipuleret E coli MG1655 substrain og nanoerythrosomes, små strukturer lavet af røde blodlegemer.

Nanoerythrosomes er nanovesikler afledt af røde blodlegemer ved at tømme cellerne, holde membranerne og filtrere dem ned til nanoskala størrelse. Disse bittesmå røde blodlegemer binder sig til bakteriemembranen ved hjælp af den kraftfulde ikke -kovalente biologiske binding mellem biotin og streptavidin. Denne proces bevarer to vigtige røde blodlegemembranproteiner:TER119, der er nødvendig for at vedhæfte nanoerythrosomerne, og CD47 for at forhindre makrofagoptagelse.

Det E coli MG 1655 fungerer som en bioaktuator, der udfører det mekaniske arbejde med at drive gennem kroppen som en molekylær motor ved hjælp af flagellær rotation. Bakteriernes svømningsevner blev vurderet ved hjælp af en specialbygget 2-D objektsporingsalgoritme og 20 videoer taget som rådata for at dokumentere deres ydeevne.

Biohybride mikrosvømmere med bakterier, der bærer nanoerythrosomes med røde blodlegemer, udført med hastigheder 40% hurtigere end andre E. coli-drevne mikropartikler-baserede biohybrid mikroswimmere, og arbejdet demonstrerede et reduceret immunrespons på grund af nanoerythrosomernes nanoskala -størrelse og justeringer af tætheden af ​​dækning af nanoerythrosomer på bakteriemembranen.

Disse biohybrid svømmere kunne levere medicin hurtigere, på grund af deres svømmehastighed, og støder på mindre immunrespons, på grund af deres sammensætning. Forskerne planlægger at fortsætte deres arbejde med yderligere at indstille immunroringen af ​​mikrorobotterne og undersøge, hvordan de kan trænge ind i celler og frigive deres last i tumormikromiljøet.

"Dette arbejde er en vigtig springbræt i vores overordnede mål om at udvikle og implementere biohybrid mikrorobotter til terapeutisk fragtlevering, "sagde forfatter Metin Sitti." Hvis du reducerer størrelsen af ​​røde blodlegemer til nanoskala og funktionaliserer bakteriens krop, du kunne få yderligere overlegne egenskaber, der vil være afgørende for oversættelsen af ​​medicinsk mikrorobotik til klinikker. "