Магнитный наногель, содержащий лечебное средство, был использован для заполнения живыми клетками-нейтрофилами: эти гибридные системы способны легко преодолевать гематоэнцефалический барьер, доставляя терапевтическое вещество.
Лечение заболеваний мозга представляет собой сложную задачу не только из-за того, что это самый сложный орган в организме человека. Кроме того, он обладает высокой степенью защиты: даже кровеносные сосуды не связаны с тканями центральной нервной системы, а отделены от них специализированными клетками гематоэнцефалического барьера. ГЭБ обладает избирательной проницаемостью, позволяя проходить кислороду и питательным веществам, но препятствуя проникновению токсинов, вирусов и других вредных веществ. При этом он ограничивает доступ к мозгу и многим полезным соединениям.
Неудивительно, что ученые из разных стран стремятся разработать способы преодоления гематоэнцефалического барьера (ГЭБ): например, полые наночастицы, которые могли бы проникать к клеткам мозга, доставляя лекарство внутри и высвобождая его уже на месте. А команда Чжигуана У (Zhiguang Wu) из Харбинского технологического университета собрала для этого целого микроробота. О своей разработке они рассказали в статье, опубликованной в журнале Science Robotics.
Систему назвали «нейтроботом», так как при ее создании используются фрагменты нейтрофилов – иммунных клеток крови. Процесс выглядит следующим образом. Сначала исследователи изготовили микроскопические и эластичные частицы «магнитного наногеля»: полимерная структура, наделенная магнитными свойствами, способна удерживать значительное количество воды вместе с необходимым лекарственным препаратом. Затем клетки бактерий кишечной палочки уничтожали и «потрошили», удаляя все ненужное и оставляя только фрагменты клеточных мембран. Частицы геля покрывали этими фрагментами.
Бактериальная мембрана вызывает реакцию, подобную раздражению на красную тряпку. В связи с этим, при смешивании подготовленных частиц с нейтрофилами, те быстро атаковали их и провели фагоцитоз, поглощая потенциально опасный объект. Движение наногеля можно контролировать благодаря его магнитным свойствам, используя внешнее магнитное поле для направления клеток в мозг. Нейтрофилы легко и самостоятельно проходят через гематоэнцефалический барьер, привлеченные сигналами воспаления, исходящими от пораженного мозга. Вместе с собой они доставляют полезный лекарственный препарат.
Ученые подтвердили работоспособность разработанных ими «нейтроботов» не только в лабораторных условиях, но и при тестировании на живых лабораторных мышах – модельной линии, используемой для изучения глиомы, опухоли мозга. Наногелевые частицы были загружены противораковым препаратом паклитакселом, бактериальные мембраны и нейтрофилы были модифицированы, а затем полученные «нейтроботы» вводились в вену хвоста. Впоследствии было установлено, что они успешно пересекли гематоэнцефалический барьер и передали лекарственное средство в ткани центральной нервной системы.
Авторы намерены продолжить работу над улучшением своей системы. В первую очередь, ученых интересует оптимизация управления перемещениями «нейтроботов» и обеспечение контроля над их движением. В настоящее время магнитное поле охватывает большую площадь, направляя в заданном направлении значительное количество микроскопических систем, но при этом теряя при этом многие частицы.