Крошечные плавающие роботы лечат смертельную пневмонию i

Микророботы лечат смертельную пневмонию у мышей

изображение: Цветное СЭМ-изображение микроробота для борьбы с пневмонией, состоящего из клетки водоросли (зеленый цвет), покрытой наночастицами биоразлагаемого полимера (коричневый цвет). Наночастицы содержат антибиотики и покрыты клеточными мембранами нейтрофилов.
Посмотреть более

Предоставлено: Fangyu Zhang и Zhengxing Li.

Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали микроскопических роботов, называемых микророботами, которые могут плавать в легких, доставлять лекарства и использоваться для лечения опасных для жизни случаев бактериальной пневмонии.

У мышей микророботы безопасно уничтожали вызывающие пневмонию бактерии в легких и приводили к 100% выживанию. Напротив, все необработанные мыши умерли в течение трех дней после заражения.

Результаты опубликованы 22 сентября в Природные материалы.

Микророботы сделаны из клеток водорослей, поверхность которых испещрена наночастицами, наполненными антибиотиками. Водоросли обеспечивают движение, что позволяет микророботам плавать и доставлять антибиотики непосредственно к большему количеству бактерий в легких. Наночастицы, содержащие антибиотики, состоят из крошечных биоразлагаемых полимерных сфер, покрытых клеточными мембранами нейтрофилов, которые являются разновидностью лейкоцитов. Особенность этих клеточных мембран заключается в том, что они поглощают и нейтрализуют воспалительные молекулы, вырабатываемые бактериями и иммунной системой организма. Это дает микророботам возможность уменьшать вредное воспаление, что, в свою очередь, делает их более эффективными в борьбе с инфекцией легких.

Работа является совместным усилием лабораторий профессоров наноинженерии Джозефа Вана и Лянфанга Чжана из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ван является мировым лидером в области исследований в области микро- и наноробототехники, а Чжан является мировым лидером в разработке наночастиц, имитирующих клетки, для лечения инфекций и заболеваний. Вместе они стали пионерами в разработке крошечных роботов для доставки лекарств, которые можно безопасно использовать на живых животных для лечения бактериальных инфекций в желудке и крови. Лечение бактериальных инфекций легких является последним направлением их деятельности.

«Наша цель — адресная доставка лекарств в более сложные части тела, такие как легкие. И мы хотим сделать это безопасным, простым, биосовместимым и долговечным способом», — сказал Чжан. «Это то, что мы продемонстрировали в этой работе».

Команда использовала микророботов для лечения мышей с острой и потенциально смертельной формой пневмонии, вызванной бактериями. синегнойная палочка. Эта форма пневмонии обычно поражает пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии. Исследователи вводили микророботов в легкие мышей через трубку, вставленную в трахею. Инфекции полностью исчезли через неделю. Все мыши, которых лечили микророботами, выжили в течение 30 дней, а нелеченые мыши умерли в течение трех дней.

Лечение с помощью микророботов также было более эффективным, чем внутривенное введение антибиотиков в кровоток. Последним для достижения того же эффекта требовалась доза антибиотиков, которая в 3000 раз превышала дозу, используемую в микророботах. Для сравнения, доза микророботов обеспечивала 500 нанограммов антибиотиков на мышь, а внутривенная инъекция обеспечивала 1,644 миллиграмма антибиотиков на мышь.

Подход команды настолько эффективен, потому что он помещает лекарство именно туда, куда оно должно попасть, а не рассеивает его по всему телу.

«Эти результаты показывают, как целенаправленная доставка лекарств в сочетании с активным перемещением микроводорослей повышает терапевтическую эффективность», — сказал Ван.

«При внутривенной инъекции иногда в легкие попадает лишь очень небольшая часть антибиотиков. Вот почему многие современные антибиотики для лечения пневмонии не работают должным образом, что приводит к очень высокому уровню смертности среди самых больных пациентов», — сказал Виктор Низе, профессор Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Школы фармацевтики и фармацевтических наук Скаггса. который является соавтором исследования и врачом-ученым, сотрудником Вана и Чжана. «Основываясь на этих данных о мышах, мы видим, что микророботы потенциально могут улучшить проникновение антибиотиков, чтобы убить бактериальные патогены и спасти больше жизней пациентов».

И если мысль о том, чтобы поместить клетки водорослей в легкие, вызывает у вас брезгливость, исследователи говорят, что такой подход безопасен. После обработки иммунные клетки организма эффективно переваривают водоросли вместе с любыми оставшимися наночастицами. «Ничего токсичного не остается», — сказал Ван.

Работа все еще находится на стадии проверки концепции. Команда планирует провести дополнительные фундаментальные исследования, чтобы точно понять, как микророботы взаимодействуют с иммунной системой. Следующие шаги также включают исследования для проверки лечения микророботами и его масштабирования перед тестированием на более крупных животных и, в конечном итоге, на людях.

«Мы расширяем границы в области адресной доставки лекарств, — сказал Чжан.

Название статьи: «Микророботы, модифицированные наночастицами, для доставки антибиотиков in vivo для лечения острой бактериальной пневмонии».

Эта работа поддерживается Национальными институтами здравоохранения (R01CA200574).


Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Leave a Comment