Нанороботы для очистки крови

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали крошечных роботов, способные плавать в крови, удаляя из неё болезнетворные бактерии вместе с токсинами, которые они производят. В будущем подобные усовершенствованные нанороботы могут стать безопасным и эффективным способом детоксикации и обеззараживания биологических жидкостей.

На изображении продемонстрированы золотые пластины, на поверхности которых размещены невидимые глазу нанороботы, предназначенные для очистки крови

Исследователи построили нанороботы, покрыв золотые нанопроволоки гибридом мембран тромбоцитов и эритроцитов. Это гибридное клеточное мембранное покрытие позволяет нанороботам выполнять задачи сразу двух разных клеток — тромбоцитов, которые связывают патогены, такие как бактерии MRSA (устойчивый к антибиотикам штамм Staphylococcus aureus) и эритроциты, которые поглощают и нейтрализуют токсины произведенных этими бактериями. Золотое тело нанороботов на ультразвук, что дает им возможность быстро плавать без химического топлива. Эта подвижность помогает нанороботам эффективно смешиваться со своими мишенями (бактериями и токсинами) в крови и ускоряет детоксикацию.

Работа, опубликованная 30 мая в Science Robotics, объединяет технологии, впервые разработанные Джозефом Вангом и Лянфангом Чжан, профессорами кафедры Нанотехнологий в инженерной школе Калифорнийского университета Сан-Диего. Команда Ванга разработала нанороботы с ультразвуковым воздействием, и команда Чжана изобрела технологию нанесения наночастиц на естественные клеточные мембраны.

«Интегрируя естественные клеточные покрытия на синтетические наномашины, мы можем придать новые возможности малым роботам, такие как удаление патогенов и токсинов из организма и других матриц, — сказал Ванг. — Это доказательная платформа для разнообразных терапевтических и биодетоксикационных применений».

«Идея заключается в создании многофункциональных нанороботов, которые могут выполнять сразу несколько различных задач, — говорит первый автор книги Берта Эстебан-Фернандес де Авила, почетный научный сотрудник исследовательской группы Ванга в Сан-Диего. — Объединение мембран тромбоцитов и эритроцитов в каждом нанороботе является синергетическим — тромбоциты нацелены на бактерии, в то время как эритроциты нацелены и нейтрализуют токсины, которые производят эти бактерии».

Покрытие также защищает нанороботы от процесса, известного как биологическое обрастание — когда белки собираются на поверхность посторонних предметов и препятствуют их нормальной работе.

Исследователи создали гибридное покрытие, предварительно отделив целые мембраны от тромбоцитов и эритроцитов. Затем они применили высокочастотные звуковые волны для слияния мембран. Поскольку мембраны были взяты из реальных клеток, они содержат все их исходные белковые функции белков. Для создания нанороботов исследователи покрыли гибридные мембраны золотыми нанопроводами, используя специфическую химию поверхности.

Нанороботы примерно в 25 раз меньше ширины человеческого волоса. Они могут перемещаться до 35 микрометров в секунду в крови под воздействием ультразвука. В тестах исследователи использовали нанороботы для лечения образцов крови, зараженных MRSA и их токсинов. Через пять минут эти образцы крови имели в три раза меньше бактерий и токсинов, чем необработанные образцы.

Работа все еще находится на ранней стадии. Исследователи отмечают, что конечной целью является не использование нанороботов специально для лечения инфекций MRSA, а в более широком плане для детоксикации биологических жидкостей. Будущая работа включает тесты на животных. Команда также работает над созданием нанороботов из биоразлагаемых материалов вместо золота.

Источник: ScienceDaily