Kişiselleştirilmiş mikro robotlar: biyolojik engelleri aşın ve ilaçları hücrelere verin!
Kılavuz
Amerikan Fizik Federasyonu'nun resmi web sitesinde yer alan yakın tarihli bir rapora göre, araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış bir E. coli MG1655 alt dizisini eritrosit membran nano taşıyıcılarla birleştirerek biyolojik olarak karışık bir bakteriyel mikro yüzme robotu yarattılar.
arka fon
Son yıllarda, mikro robotlar yavaş yavaş birçok alanın derinlemesine gelişimini etkileyen yeni bir disiplin haline geldi. Bu robotların boyutları küçüktür, bazıları böcekler gibidir ve bazıları daha da küçüktür, ancak tıp, imalat, tarım, iletişim, navigasyon ve havacılık gibi birçok alanda büyük rol oynarlar. Özellikle tıp ve sağlık alanında mikro robotların rolü, esas olarak ilaç dağıtımı veya hassas cerrahi için belirli konumlara yansır.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: minyatür origami robotu sıkıştırılır ve yutulabilir bir kapsülün içine konur.Kapsül çözüldükten sonra kendi kendini açar ve yutulan düğme pilini çıkarmak veya yarayı onarmak için mide duvarında sürünmesini kontrol etmek için harici manyetik alanı alır.
(Fotoğraf kredisi: Melanie Gonick / MIT)
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: mikro kapsül robot, hücreleri ve ilaçları kapsülleyebilir ve bunları vücudun hedef kısmına bırakabilir.
(Resim kaynağı: DGIST)
Mikron boyutlu mikro-biyolojik hibrit robotlar vücudun her yerinde dolaşabilir, tümörlere ilaç verebilir veya başka yük taşıma işlevleri sağlayabilir. Bakterilerin doğal ortamı algılama eğilimi, belirli kimyasal maddelere doğru ilerleyebilecekleri veya manyetik alanlar veya ses sinyalleri ile uzaktan kontrol edilebilecekleri anlamına gelir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Yeniden yapılandırılabilir mikro robot, bakterilerin hareketinden ilham alır.Elektromanyetik alanın uzaktan kumandası altında, ilaç verme veya ameliyat için insan vücudunda hareket edebilir. (Resim kaynağı: EPFL / EPFZ)
(Resim kaynağı: EPFL / EPFZ)
Aşağıda gösterilen: Kan hücreleri ve trombosit karışımından oluşan ince bir filmle kaplanmış bir nanorobotun renkli taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. Bu tür bir mikro robot, ultrasonla, kanda yüzerek, zararlı bakterileri ve ürettikleri toksinleri gidererek çalıştırılabilir.
(Fotoğraf kredisi: Esteban-Fernández de Ávila / Science Robotics)
Başarıyı garantilemek için, bu mikro-biyolojik robotlar vücudun bağışıklık tepkisini geçebilen malzemelerden oluşmalı ve ilaç vermek için viskoz ortamda hızlı bir şekilde seyahat edebilmeli ve doku hücrelerine nüfuz edebilmelidir.
Yenilikçilik
Amerikan Fizik Birliği tarafından yayınlanan "APL Biyomühendislik" dergisinde bu hafta yayınlanan bir makalede, araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış bir E. coli MG1655 alt dizisini eritrosit membran nano taşıyıcılarla (eritrositlerden yapılmış) birleştirdiler. Ortaya çıkan küçük yapılar) biyolojik olarak karıştırılmış bakteriyel bir mikro yüzme robotu oluşturmak için bir araya getirilir.
Biyolojik olarak karıştırılmış bakteriyel mikro yüzme robotunun şematik diyagramı (üstte) ve taramalı elektron mikroskobu görüntüsü (altta). (Resim kaynağı: makalenin yazarı)
teknoloji
Kırmızı kan hücresi zarı nano taşıyıcıları, kırmızı kan hücrelerinin boşaltılması, hücre zarlarının tutulması ve nanometre düzeyinde filtrelenmesi yoluyla kırmızı kan hücrelerinden ekstrakte edilen nanovesiküllerdir. Bu minyatür kırmızı kan hücresi taşıyıcıları, bakteriyel membrana bağlanmak için biyotin ve streptavidin arasındaki kovalent olmayan güçlü biyolojik bağı kullanır. Bu işlem, iki önemli kırmızı kan hücresi zarı proteinini tutar: kırmızı kan hücresi zarı nano taşıyıcıya bağlanması gereken TER119 ve makrofajların tutulmasını önleyen CD47.
E. coli MG1655, vücutta mekanik tahrik işini gerçekleştirmek için flagella'nın dönüşünü kullanan bir moleküler motor olan biyolojik bir aktüatör görevi görür. Bilim adamları, bakterilerin yüzme yeteneğini değerlendirmek için performanslarını kaydetmek için özelleştirilmiş iki boyutlu bir nesne izleme algoritması ve ham veri olarak alınan 20 video kullandı.
Kırmızı kan hücresi zarı nano taşıyıcıları ve biyolojik melezleri taşıyan mikro yüzme robotlarının yüzme hızı, mikro parçacıklara ve biyolojik hibritlere dayanan diğer E. coli ile çalışan yüzme robotlarından% 40 daha hızlıdır ve araştırmalar, kırmızı kan hücresi zarı nano taşıyıcılarının ve kırmızı kan hücrelerinin nano boyutundan dolayı olduğunu göstermiştir. Bakteriyel membran üzerindeki membran nano taşıyıcılarının kapsama yoğunluğunu ayarlayarak, bağışıklık tepkisi zayıflatılacaktır.
Bu biyolojik hibrit yüzme robotları, daha hızlı yüzdükleri için ilaçları daha hızlı teslim edebilirler ve içerikleri nedeniyle daha az bağışıklık tepkisi ile karşılaşırlar. Araştırmacılar, mikro robotların bağışıklık açıklığını daha fazla ayarlamak için çalışmalarına devam etmeyi ve tümör mikro ortamında hücrelere nasıl nüfuz ettiklerini ve ilaçları nasıl saldıklarını incelemeyi planlıyorlar.
değer
Makale yazarı Metin Sitti, "Bu araştırma, terapötik ilaç dağıtımı için mikro-biyo hibrit robotlar geliştirme ve dağıtma genel hedefine doğru ilerlememizde önemli bir basamaktır. Kırmızı kan hücrelerinin boyutunu nano ölçeğe düşürürseniz, Ve bakteri gövdesini işlevsel hale getirerek, tıbbi mikro robot teknolojisinin klinik dönüşümünün anahtarı olacak ek üstün performans elde edebilirsiniz. "
Anahtar kelime
Bakteriler, robotlar, tıbbi
Referans
1 Nicole Buss, Onçay Yasa, Yunus Alapan, Mukrime Birgül Akolpoğlu, Metin Sitti. Nanoeritrozom ile işlevselleştirilmiş biyohibrit mikro yüzücüler . APL Biyomühendislik, 2020; 4 (2): 026103 DOI: 10.1063 / 1.5130670
[2] https://publishing.aip.org/publications/latest-content/personalized-microrobots-swim-through-biological-barriers-deliver-drugs-to-cells/
