Микророботы для целевой доставки лекарств

Микророботы, созданные из капель, могут обеспечить прецизионную доставку лекарств, улучшив стандартный внутривенный метод, при котором к целевой ткани попадает лишь 0.7% препарата. Исследование, опубликованное в Science Advances, включало симуляции в Мичиганском университете и эксперименты в Оксфордском университете.

Принцип работы и эксперименты

Микророботы — это двусторонние частицы, состоящие из геля (носитель лекарств) и магнитных частиц (для управления). В эксперименте, имитирующем лечение воспалительного заболевания кишечника (на свином кишечнике), роботы доставлялись катетером и направлялись к цели магнитным полем. При растворении геля высвобождался краситель, что подтверждало доставку «груза». Также тестировалась отсроченная доставка. После выполнения задачи магнитные частицы возвращались к катетеру.

Такой подход, при диспенсировании в нескольких точках, может улучшить лечение, позволяя доставлять разные препараты (стероиды, иммуномодуляторы) к различным очагам воспаления.

В другом сценарии (модель колена человека) микророботы, выпущенные в легко доступной зоне, маневрировали к труднодоступной цели, высвобождали краситель и возвращались для извлечения.

Производство и управление

Частицы создаются методом микрофлюидики: поток геля с магнитными частицами пересекается потоком масла, формируя капли. Магнитный гель опускается на дно капли. Получаемые устройства, названные PMDM (permanent magnetic droplet-derived microrobots), имеют размер около 0.2 мм (ширина двух человеческих волос).

«Используя микрофлюидику, мы можем генерировать сотни микророботов за минуты. Это значительно повышает эффективность и снижает стоимость производства», — сказал Юаньсюн Цао, соавтор исследования.

Симуляции предсказывали и настраивали движение роботов в ответ на частоты магнитного поля. Физическая система использует электромагнит, управляемый коммерческим ПО, формируя цепочки роботов, которые могут двигаться тремя способами: «шагом», «ползанием» или «качанием». Цепочки могут разбираться и собираться по команде для преодоления препятствий.

«Я был поражен, насколько большим контролем над частицами мы обладаем, особенно в циклах сборки и разборки, на основе частоты магнитного поля», — отметил Филипп Шёнхефер, соавтор исследования.

Дальнейшие планы

Следующий шаг — создание микророботов, лучше ориентирующихся в сложных средах. Исследователи будут тестировать разные частицы в эмульсиях, изучать поведение больших роев и с помощью вычислительной платформы исследовать более сложные архитектуры, вдохновленные концепцией PMDM.

В исследовании также участвовали ученые из Имперского колледжа Лондона.