Медицинские «микророботы» смогут лечить болезни мочевого пузыря и другие заболевания

Инженеры из Университета Колорадо в Боулдере создали новый класс крошечных самоходных роботов, способных с высокой скоростью перемещаться в жидкости. В будущем они смогут доставлять лекарства в труднодоступные участки человеческого тела.

Исследователи описали своих миниатюрных «медиков» в статье, опубликованной в журнале Small.

«Представьте, если бы микророботы могли выполнять определённые задачи в организме, например, неинвазивные операции», — говорит ведущий автор работы Джин Ли. «Вместо того чтобы разрезать пациента, мы могли бы просто ввести роботов в тело через таблетку или инъекцию, и они бы сами выполнили процедуру».

Микророботы команды чрезвычайно малы: каждый шириной всего 20 микрометров, что в несколько раз меньше толщины человеческого волоса. При этом они очень быстрые, способны двигаться со скоростью около 3 миллиметров в секунду, что примерно в 9000 раз превышает их собственную длину в минуту.

В новом исследовании группа использовала целые «стаи» таких машин для доставки доз дексаметазона (распространённого стероидного препарата) в мочевые пузыри лабораторных мышей. Результаты показывают, что микророботы могут стать полезным инструментом для лечения болезней мочевого пузыря и других заболеваний у людей.

Как они устроены и работают

Роботов изготавливают из биосовместимых полимеров с помощью технологии, похожей на 3D-печать. Они напоминают маленькие ракеты с тремя крошечными плавниками.

Ключевой элемент — небольшой пузырёк захваченного воздуха внутри каждого робота (аналогичный тому, что остаётся в перевёрнутом стакане, погружённом в воду). При воздействии акустического поля (как в ультразвуке) пузырьки начинают сильно вибрировать, отталкивая воду и двигая роботов вперёд.

Тестирование на модели болезни мочевого пузыря

Учёные испытали технологию на модели интерстициального цистита (синдрома болезненного мочевого пузыря), от которого страдают миллионы людей. Стандартное лечение часто требует многократных болезненных процедур введения дексаметазона через катетер.

В экспериментах тысячи микророботов, инкапсулирующих высокие концентрации дексаметазона, вводили в мочевые пузыри мышей. Роботы рассеивались по органу и прикреплялись к его стенкам, что затрудняло их выведение. На месте они медленно высвобождали лекарство в течение примерно двух дней.

Такой продолжительный контролируемый поток лекарства потенциально может улучшить результаты лечения и сократить количество визитов пациентов в клинику.

Будущее работы

До применения в организме человека предстоит проделать большую работу. Одна из ключевых задач — сделать роботов полностью биодеградируемыми, чтобы они со временем растворялись в теле.

«Если мы сможем заставить эти частицы работать в мочевом пузыре, то добьёмся более длительного высвобождения лекарства, и, возможно, пациентам не придётся так часто приходить в клинику», — заключает Джин Ли.