Китайские учёные создали прототип микроскопического робота-рыбы, напечатанного на 3D-принтере. Робот способен лечить раковые клетки в теле человека. Это открытие может революционизировать лечение, так как позволит уничтожать опухоли более точно, повышая эффективность и снижая побочные эффекты.
Химиотерапия, применяемая при лечении рака, оказывает серьезное воздействие на организм из-за выраженных побочных эффектов. Многие процедуры инвазивны и требуют хирургического вмешательства для доступа к поражённым участкам. Учёные из Университета науки и технологий Китая и Института нанотехнологий Карлсруэ (Германия) решили эту проблему с помощью инновационного решения.
Созданы различные формы микроскопических «роботов», воздействующих на человеческое тело изнутри. Среди экспериментов наибольшей успешностью пользуется создание «миниатюрной рыбки», способной доставлять дозы доксорубицина, препарата, применяемого в химиотерапии, непосредственно в раковые клетки.
Это открытие может революционизировать лечение, так как позволит уничтожать опухоли с большей точностью, минимизируя вред для организма. В эксперименте эта микроскопическая рыбка управлялась удаленно через искусственную сеть сосудов. Она перемещалась по модельным кровеносным сосудам и «открывала рот» только рядом с раковыми клетками, доставляя лекарство.
Роботы напечатаны в «4D»
Для создания этого миниатюрного курьера учёные распечатали его на 3D-принтере из материала, изменяющего свои характеристики в определённых ситуациях. Из-за этой особенности робота называют «4D», так как он может трансформироваться.
Ученые выбрали этот материал из-за его высокой биосовместимости, низкой стоимости, высокой нагрузочной способности и адаптивности. Важной частью их работы является гидрогель — материал, реагирующий на pH. При уровне кислотности 9 и выше он расширяется. При снижении pH (повышении уровня кислотности) – уменьшается естественным образом.
Ученые применили данную особенность для создания программируемого робота. Для этого распечатали участок рыбы около рта с меньшей плотностью. В результате воздействия низкого pH рыба сморщивается неравномерно, и в гидрогеле образуется отверстие размером два микрона.
При исследовании рН человеческого тела смысл процесса становится ясен: в районе опухоли он значительно ниже. Таким образом, «рыба» откроет рот и доставит лекарство только рядом с целевыми клетками, обеспечивая высокую точность нацеливания.
Для осуществления перемещения рыбе необходимо обладать возможностью движения. Вначале ученые поместили её в раствор оксида железа, вследствие чего микробот становился чувствительным к магнетизму. Благодаря этому его можно проводить по сосудам с помощью намагничивания. Команда выяснила, что вымачивание в растворе понижает скорость реакции в зависимости от pH: это ценное открытие. Ранее гидрогель реагировал при pH ниже 9. Естественный уровень pH человеческого организма равен 7,4. С применением раствора оксида железа реакционная способность была снижена до этого уровня. Поскольку кислотность вокруг раковых клеток составляла около 7, робот был запрограммирован на точное воздействие на них.
Роботы-рыбы, роботы-крабы, роботы-бабочки…
Команда считает, что их Данный робот является прорывом, так как им можно управлять дистанционно и принимать конкретные действия. Ученые отмечают, что ранее множество проектов в области микророботов было задумано, но до сих пор не удавалось сочетать эти две характеристики одновременно. Исследователи также работали над другими моделями, однако на данный момент эксперимент с рыбой-роботом является наиболее используемым. Крабы, бабочки… Исследователям хватило креативности, чтобы изучить возможности изменения формы за счет расширения и сжатия гидрогеля.
Таким образом, построили и краба, клешни которого, с применением того же процесса, что и выше, могут захватывать микроскопический элемент и переместить его. Практическое применение в человеческом организме создаёт дополнительные проблемы, поскольку работа также основана на изменении pH: колебания pH, необходимые для работы, не обязательно соответствуют областям, где было бы полезно действовать. Команда указывает на усовершенствования, которые необходимо внести в своих микророботов. На данный момент они прошли лабораторные испытания. Но для применения в человеческом теле их размер потребуется уменьшить ещё больше. Также необходимо разработать надёжный способ отслеживания их перемещения.