Нацеленность любого лечения на больную часть тела – такая же старая практика, как и само лекарство: пластырь наклеивается на кожу, капли капают в глаза, а сломанную руку помещают в гипс.
Но часто то, что беспокоит нас, находится внутри тела и этот орган не так легко достичь. В таких случаях может потребоваться лечение, такое как операция или химиотерапия.
Исследователи из Отдела инженерных и прикладных наук Caltech работают над совершенно новой формой лечения – микророботами, которые могут доставлять лекарство в определенные места внутри тела, при контроле их извне.
«Концепция микророботов действительно крутая, потому что вы можете получить лекарство именно там, где вам нужно», – говорит Лихонг Ван, профессор медицинской инженерии и электротехники в Калифорнии.
«Это может быть доставка лекарств или заранее разработанная микрохирургия».
Микророботы являются совместным исследовательским проектом Вана и Вэй Гао, доцента медицинской инженерии, и предназначены для лечения опухолей пищеварительного тракта.
Микророботы состоят из микроскопических сфер металлического магния, покрытых тонкими слоями золота и парилена – полимера, который противостоит пищеварению. Слои оставляют круглую часть сферы, что-то вроде иллюминатора. Непокрытая париленом часть магния реагирует с жидкостями в пищеварительном тракте, образуя маленькие пузырьки. Поток пузырьков действует как струя и продвигает сферу вперед, пока она не столкнется с близлежащей тканью.
Сами по себе магниевые сферические микророботы, которые могут изменять свой размер, могут быть интересны, но они не особенно полезны. Чтобы превратить их из новинки в средство доставки лекарств, Ван и Гао внесли в них некоторые модификации.
Во-первых, слой лекарственного средства зажат между отдельной микросферой и ее париленовым слоем. Затем, чтобы защитить микророботов от агрессивной среды желудка, их оборачивают в микрокапсулы из парафинового воска.
На этом этапе сферы способны нести лекарство, но все еще не имеют решающей способности доставить их в нужное место. Для этого Ванг и Гао используют фотоакустическую компьютерную томографию (ФКТ), методику, разработанную Вангом, в которой используются импульсы инфракрасного лазерного излучения.
Ранее Ван показал, что варианты ФКТ можно использовать для выявления опухолей молочной железы или даже отдельных раковых клеток.
Что касается микророботов, у этой технологии есть две задачи. Первое – это визуализация: используя ФКТ, исследователи могут обнаружить опухоли в пищеварительном тракте, а также отследить расположение микророботов, которые хорошо видны на изображениях. Как только микророботы прибывают в окрестности опухоли, для их активации используется мощный инфракрасный лазер с непрерывным излучением. Поскольку микророботы очень сильно поглощают инфракрасный свет, они на короткое время нагреваются, расплавляя восковую капсулу, окружающую их, и подвергаются воздействию пищеварительной жидкости. В этот момент активируются пузырьковые форсунки микророботов, и они начинают двигаться. Это движение неуправляемое, так что техника подобна стрельбе из дробовика – микророботы не все поразят целевую область, но многие из них это сделают, прикрепившись к больной ткани и «сбрасывая» лекарство.
«Эти микророботы могут проникать в слизь пищеварительного тракта и оставаться там в течение длительного времени, что улучшает доставку лекарств», – говорит Гао. «Поскольку они сделаны из магния, они био-совместимы и био-разлагаемы».
Испытания на животных показывают, что микророботы работают так, как задумано, но Гао и Ван планируют продолжить исследования.
«Мы продемонстрировали концепцию, а следующим шагом является оценка ее терапевтического эффекта». Также можно разработать варианты микророботов, которые смогут работать в других частях тела человека и с различными типами движения.
