Nature: созданы самонаводящиеся микроботы для доставки лекарств к опухолям

Потенциал микророботов в медицине огромен: такие миниатюрные конструкции могут находить очаги болезни, доставлять лекарства точно в цель и даже взаимодействовать с тканями внутри организма. Однако до сих пор их широкому применению мешали сложность конструкции, высокая стоимость и трудоемкое производство. Теперь команда ученых из Калифорнийского технологического института сделала важный шаг к практической медицине, радикально упростив саму идею микроробота. Исследователи предложили отказаться от сложных 3D-печатных конструкций и превратить в "робота" обычный микропузырек. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Ранее та же группа использовала микророботов с гидрогелевой оболочкой, внутри которых находился пузырек газа. Такие системы можно было направлять к опухоли с помощью магнитов и ультразвука, но их производство требовало чистых комнат и специализированного оборудования. Новый подход оказался гораздо проще: ученые создают тысячи микропузырьков, просто воздействуя ультразвуком на раствор белка альбумина.

Получившиеся пузырьки биосовместимы и легко разрушаются при необходимости. Их белковая оболочка содержит химические группы, к которым можно "прикреплять" разные молекулы — от противораковых препаратов до управляющих элементов.

Чтобы пузырьки могли двигаться, на их поверхность нанесли фермент уреазу. Он расщепляет мочевину — распространенный продукт обмена веществ в организме — с образованием аммиака и углекислого газа. Из-за неравномерного распределения фермента вокруг пузырька возникает химический перекос, который и заставляет его двигаться вперед.

Ученые создали две версии таких "пузырьковых ботов". В первой к оболочке добавили магнитные наночастицы, благодаря чему микроботов можно направлять внешним магнитным полем, отслеживая их движение с помощью ультразвука. Во второй версии пошли дальше и сделали систему автономной.

Известно, что опухоли и воспаленные ткани выделяют повышенное количество перекиси водорода. Этим воспользовались исследователи, добавив на поверхность пузырьков фермент каталаза. Он реагирует с перекисью водорода, создавая химический градиент, по которому микроботы самостоятельно "ползут" к опухоли. Такой механизм называется хемотаксисом.

Когда пузырьки достигают цели, на них воздействуют сфокусированным ультразвуком, заставляя лопнуть и резко высвободить лекарство. Это улучшает проникновение препарата в опухолевую ткань.

В экспериментах на мышах с раком мочевого пузыря такая доставка привела к снижению массы опухолей примерно на 60% за 21 день — значительно эффективнее, чем при введении того же лекарства без микроботов.

Авторы подчеркнули, что простота, биосовместимость и способность к самонаведению делают "пузырьковых роботов" перспективным шагом к клиническому применению микророботов в онкологии и других областях медицины.