Ovi minijaturni uredjaji izgledaju kao mehurici – a u telu rade posao „pametnih“ robota
U jednoj laboratoriji u Kaliforniji, istrazivaci su pratili neobicnu scenu: sitni proteinski mehurici kretali su se kroz telo misa, pronasli tumorsko tkivo i zatim oslobodili terapiju na tacno odredjenom mestu. Nije bila u pitanju animacija niti trik, vec demonstracija nove tehnologije – mikrorobota koji mogu da prepoznaju cilj i deluju iznutra, tamo gde je najpotrebnije.
Ovaj pristup je vazan zato sto se lecenje raka sve vise pomera ka ciljanoj terapiji: ideja je da lek stigne do obolelih celija sa sto manje „gubitaka“ usput i sa sto manjim opterecenjem za zdravo tkivo.
Kako rade „bubble bots“ i zasto su drugaciji
Tim koji vodi Wei Gao, profesor biomedicinskog inzenjerstva na California Institute of Technology (Caltech), razvio je takozvane „bubble bots“ – mikro-mehurice oblozene proteinskim slojem. Ključno je to sto ovi mikroroboti ne traze komplikovanu konstrukciju ili skupu proizvodnju. Umesto toga, nastaju za nekoliko sekundi pomocu ultrazvucnog mesanja rastvora govegjeg serumskog albumina, metode koja je jednostavna i moze lako da se skalira.
- Osnova je mikroburbu kao „telo“ robota
- Povrsina je hemijski prilagodljiva, pa se na nju mogu vezati razlicite molekule
- Materijal je biokompatibilan, sto je presudno za rad u organizmu
U jednoj pripremi istrazivaci mogu da dobiju hiljade ovakvih mehurica. Upravo ta masovna proizvodnja, uz mogucnost da se povrsina lako „opremi“, otvara prostor da mikroroboti nose enzime i lekove, ali i da dobiju funkcije kretanja i usmeravanja.
Dve strategije da mikroroboti stignu do tumora
Tim je razvio dve varijante bubble bot mikrorobota, sa razlicitim nacinima navigacije.
1) Varijanta sa magnetnim cestica
Prva verzija sadrzi magnetne nano-cestice. To omogucava da se mehurici usmeravaju ka cilju pomocu spoljnih magneta, a istovremeno mogu da se prate pomocu ultrazvuka. U praksi, to znaci vecu kontrolu i jasniju sliku gde se mikroroboti nalaze tokom terapije.
- spoljni magneti usmeravaju kretanje
- ultrazvuk pomaze u vizualizaciji i pracenju
2) „Pametnija“ varijanta sa hemijskim navodjenjem
Druga verzija je zamišljena kao autonomnija. Istrzivaci su na povrsinu mehurica dodali enzim katalazu, koja reaguje sa vodonik-peroksidom. Taj spoj se nalazi u vecim koncentracijama u tumorskim i upaljenim tkivima. Rezultat je da se mehurici krecu ka oblasti gde je koncentracija veca, prateci hemijski gradijent.
- katalaza reaguje sa vodonik-peroksidom
- tumorska i upaljena tkiva cesto imaju vise tog spoja
- mehurici se usmeravaju ka „izvoru“ prateci gradijent
Ovakav princip smanjuje potrebu za stalnim spoljnim upravljanjem, jer okolina sama postaje „mapa“ za kretanje mikrorobota.
Odakle dolazi pogon: kretanje na gorivo iz tela
Da bi se mehurici stvarno kretali, potreban je pogon. Za to se koristi jos jedan enzim – ureaza. Ona koristi ureu, supstancu koja je prirodno prisutna u organizmu, kao vrstu goriva. U reakciji nastaju amonijak i ugljen-dioksid, sto stvara silu koja gura mikroburbu u odredjenom smeru.
- ureaza koristi ureu kao „gorivo“
- reakcija stvara gasove koji daju potisak
- potisak pretvara mirnu burbu u pokretni mikrouredjaj
Mikro-pojasnjenje: ovakav tip pogona je zanimljiv jer se oslanja na supstance koje su vec u telu, pa sistem moze da radi bez klasicne baterije ili hardvera koji bi povecao velicinu i komplikovao upotrebu.
Kako se lek oslobadja bas tamo gde treba
Kada bubble bot mikroroboti stignu do tumora, istrazivaci mogu da primene fokusirani ultrazvuk kako bi mehurice naveli da „puknu“. U tom trenutku, lek koji nose se oslobadja direktno u tumorsko tkivo.
- aktivacija se radi pomocu fokusiranog ultrazvuka
- mehuric se „rasprsava“ i ispusta sadrzaj
- mehanicki efekat poboljsava prodiranje leka u tkivo
Ovaj mehanizam moze da bude efikasniji od sporih sistema oslobadjanja, jer se terapija ne „caka“ postepeno, vec se isporucuje u trenutku kada je mikrorobot na mestu gde je najkorisnije delovati.
Sta su pokazali testovi na misevima
U eksperimentima na modelima misa sa rakom besike, terapija bubble bot mikrorobotima dovela je do smanjenja tumorske mase za oko 60% za 21 dan, u poredjenju sa situacijom kada se koristi samo lek.
Prema objasnjenju istrazivaca, ova platforma kombinuje ono sto je terapiji potrebno: biokompatibilnost, mogucnost kontrolisanog kretanja, opciju pracenja slikom i aktivaciju na zahtev koja pomaze da lek dublje prodre u tumor.
Zasto je ovo vazno za buducu medicinu
Ako se ovakav pristup razvije do klinicke upotrebe, mogao bi da priblizi ideju personalizovane medicine: terapije koje ciljaju obolele celije sa velikom preciznoscu, uz manju stetu po zdrava tkiva. Cinjenica da se mikroroboti prave brzo i relativno jednostavno cini metodu zanimljivom i zbog potencijalno nize cene i lakse proizvodnje.
- preciznije isporucivanje terapije u tumorsko tkivo
- manje izlaganje zdravih delova organizma lekovima
- mogucnost prilagodjavanja – razliciti enzimi i razliciti lekovi
Rad je podrzan finansiranjem National Science Foundation i Heritage Medical Research Institute, uz ucesce strucnjaka sa University of Southern California (USC) i drugih institucija. Rezultati otvaraju novu liniju istrazivanja u ciljanoj terapiji raka i pokazuju koliko mikro-robotika moze da promeni buducu medicinu.
