Alga-alapú mikrorobotok a tüdődaganatok terápiájában

A Science Advances folyóiratban június 12-én jelent meg a University of California, San Diego kutatóinak cikke, amelyben biológiai alapú, algák felhasználásával készült olyan mikrorobotokat mutattak be, amelyek képesek a tüdőben kialakult daganatokhoz hatóanyagokat szállítani, így a jelenlegi módszereknél pontosabb, hatásosabb kezelést tesznek lehetővé. A tüdőben kialakuló daganatok komoly kihívást jelentenek az onkológia területén, mivel a kezelések során a hagyományos kemoterápiás megközelítés gyakran bizonyul elégtelennek. Ezek a kezelések ugyanis nem célozzák meg specifikusan a tüdőt, és a hatóanyag nem halmozódik fel elég nagy koncentrációban ahhoz, hogy elpusztítsa a daganatokat.

Az előző öt évben a UCLA San Diego kutatói biohibrid mikrorobotokat fejlesztettek, azaz olyan apró, természetes és szintetikus anyagokból készült hatóanyag-hordozó eszközöket, amelyek kifejezetten onkológiai célokra alkalmasak. A most közzétett cikkben a szerzők egy zöld alga alapú biohibrid mikrorobotot mutatnak be, amely képes a kemoterápiás hatóanyagokat közvetlenül a tüdőbe juttatni és az ott kialakult daganatokat elpusztítani.

Az eddig a fejlesztések középpontjában álló hasonló robotok jellemzően szintetikus mikrorobotok voltak, amelyek általában merev fém- vagy polimer szerkezettel rendelkeztek. Ezeket egyrészt nehéz előállítani, másrészt nem képesek hozzáférni bizonyos szervekhez és szövetekhez, valamint mérgezőek lehetnek a szervezetre. A “mikroalgák” áthidalják ezeket a hiányosságokat, mivel egyrészt a flagellumnak nevezett szőrszerű függelék segítségével képesek önállóan mozogni, másrészt kevésbé mérgezőek, mint egyéb mikroorganizmusok, ezen felül a szintetikus robotoknál olcsóbbak és könnyebben előállíthatók.

A most bemutatott biohibrid mikrorobot - az algae-NP(DOX)-robot - a gyógyszeriparban általánosan használt mikroszkopikus méretű, élő zöld mikroalgát, a Chlamydomonas reinhardtii-t kombinálja vörösvérsejt-membránnal bevont nanorészecskékkel. A sejtmembránok természetes “álcaként” fokozzák a mikrorobot biokompatibilitását, és megakadályozzák, hogy a beteg immunrendszere megtámadja. A nanorészecskék belsejében pedig egy gyakran alkalmazott kemoterápiás hatóanyag, a doxorubicin található.

A kutatók az alga alapú mikrorobotokat tüdődaganatos egér modellszervezeteken tesztelték. Azzal, hogy ezeket az alga alapú mikrorobotokat a légcsövön keresztül juttatták be, a gyógyszert közvetlenül a tüdőbe tudták bevinni, amivel minimalizálni lehetett a más szervekre gyakorolt nemkívánatos mellékhatásokat. A tüdőbe jutva a mikrorobot úszni tudott, és képes volt elosztani a hatóanyagot a tüdőszövetben. A tüdő immunsejtjeinek pusztulását is sikerült elkerülni, lehetővé téve a doxorubicin fokozatos felszabadulását a nanorészecskékből. (A kutatók már korábban is dolgoztak ilyen alga alapú mikrorobotokkal, és az akkori vizsgálatokban tüdőgyulladás kezelésére alkalmazták a módszert.)

A szabad hatóanyaggal és a statikus, gyógyszerrel töltött nanorészecskékkel összehasonlítva, amelyek nem képesek önállóan mozogni, a biohibrid mikrorobotok nagyobb koncentrációban halmozták fel a hatóanyagot, ami hosszabb ideig maradt meg a tüdőben. A hatékonyabb hatóanyag-bejuttatás következtében a biohibrid mikrorobotok jelentősen javították a terápiás eredményeket: a tüdődaganatok zsugorodni kezdtek, és az egerek túlélési ideje hosszabb lett, mégpedig szignifikáns mértékben - az alga alapú mikrorobotokkal kezelt egereknél 27-ről 37 napra, azaz 40%-kal nőtt a medián túlélési idő.

A módszer további előnye, hogy az immunsejtek végül a mikrorobotokat nem mérgező összetevőkre bontják, és teljesen eltávolítják őket a szervezetből. Az eljárás a kutatók szerint nem csak daganatok kezelésére használható, hanem a tüdővel kapcsolatos egyéb kihívást jelentő betegségek, például a cisztás fibrózis és az idiopátiás tüdőfibrózis kezelésében is vizsgálják alkalmazhatóságukat. Azon is dolgoznak, hogy a biohibrid mikrorobotokat még hatékonyabban, noninvazív módon juttassák célba - ehhez további mozgásvezérlési stratégiákat, például mágneses vagy ultrahangos irányítást terveznek, mivel ezekkel tovább fokozható a gyógyszer felhalmozódása a meghatározott kezelési területeken.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Microrobots made of algae carry chemo directly to lung tumors, improving cancer treatment

Biohybrid microrobots locally and actively deliver drug-loaded nanoparticles to inhibit the progression of lung metastasis

Irodalmi hivatkozás:

Fangyu Zhang et al, Biohybrid microrobots locally and actively deliver drug-loaded nanoparticles to inhibit the progression of lung metastasis, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn6157