Пропеллерным приводом в ткани
Нацеливание и борьба с опухолевыми клетками - исследователи также реализуют этот план с помощью наночастиц. Пропеллерный вихрь должен делать это еще эффективнее.
Если вы хотите целенаправленно бороться с опухолью, лекарства от рака сначала должны добраться до места применения. Однако, прежде чем они туда попадут, многие активные ингредиенты уже расщепляются. Или они контролируют не только опухоль, но и здоровые клетки организма. В обоих случаях должны помочь наночастицы: они довольно стабильны в нашем кровотоке и могут быть сконструированы таким образом, чтобы они специально прикреплялись к опухолевым клеткам. Связанные наркотики затем используют такие частицы в качестве «наркотического такси». Однако и у этого метода есть свои недостатки. Например, наночастицы с трудом проходят через стенки наших сосудов, чтобы контрабандным путем переправить транспортируемые активные ингредиенты из крови в ткани. Над этим сейчас работает международная исследовательская группа во главе с Сангитой Бхатия из Массачусетского технологического института: в журнале «Science Advances» команда представляет пропеллер, который должен закручивать наночастицы в ткань. Рой магнитных бактерий может иметь очень похожий эффект: биение их жгутиков создает всасывание, которое может протолкнуть наночастицы через стенку искусственного сосуда одним нажатием кнопки.
Оба подхода уже работают в лаборатории ученых - в модели, воспроизводящей сосуды и ткани человека. Здесь Бхатия и его коллеги помогли миграции наночастиц с помощью внешнего магнитного поля. Первоначально это приводило в движение мини-робота спиралевидной формы, который имитирует жгутики, которые бактерии обычно используют для передвижения. В магнитном поле созданный с помощью 3D-печати мини-робот вращался как пропеллер и создавал конвекционный поток, способный проталкивать наночастицы в искусственном кровеносном сосуде через стенку сосуда. Точно так же, когда вместо использования магнитного робота команда использовала бактерии, которые производят частицы оксида железа и, следовательно, сами являются магнитными. Когда исследователи применили здесь вращающееся магнитное поле, вызванное жгутиками движение бактерий увлекло за собой наночастицы, и они быстрее проникли в слой ткани.
Как и где вращающиеся роботы размером с человеческую клетку могут быть имплантированы пациентам без серьезных побочных эффектов, все еще требует тщательного изучения. В чрезвычайной ситуации наночастицы могут только контролируемым и целенаправленным образом проникать в ткань и высвобождать там активное вещество, для чего робот должен быть точно расположен, чтобы создать магнитное поле в нужном месте и инициировать процесс. В целом, исследователи предполагают, что магнитные рои бактерий могут лучше подходить для использования в терапии рака, чем первоначально испытанные роботы: в отличие от робота, который постоянно вращается в одной точке, они могут двигаться более целенаправленно. В своих модельных экспериментах ученые наблюдали, что при приложении магнитного поля в матрикс мигрировали не только наночастицы, но и сами двигательные бактерии. По этой причине команда Бхатии рассматривает возможность заманивания безвредных бактерий из кровотока в опухолевую ткань с помощью магнита и в то же время - благодаря их движущемуся пропеллеру - наночастиц, содержащих лекарство. Поэтому теперь команда хочет продолжить работу над обоими подходами и изучить преимущества и недостатки моделей на животных.