Spermiumszerűen úszó gyógyszerszállító mikrorobotok
A “mikroúszóknak” nevezett apró robotok kialakítását a ráják mozgása ihlette, fejüket pH-érzékeny gyógyszerkibocsátó burok borítja.
A Nature Communications folyóiratban június 4-én jelent meg a Hong Kong University of Science and Technology kutatóinak cikke, amelyben arról számoltak be, hogy egy új, mágneses platform segítségével spermiumszerű “mikrorobotok” egylépéses kialakítására képesek - ezek a mikrorobotok kiváló mozgékonyságuknak és hatékony gyógyszerleadó képességüknek köszönhetően új fejezetet nyithatnak a gyógyszeradagolásban. A kutatócsoport a hagyományos mikrofluidikai eszközöknek a kifinomult 3D-s struktúrák feldolgozása terén fennálló korlátait meghaladva jelentősen egyszerűsítette az ilyen mikrorobotok gyártási eljárását, könnyebbé és olcsóbbá téve az ilyen eszközök orvosi célú alkalmazását.
A szervezeten belüli célzott, igen pontos gyógyszeradagolás és a minimálisan invazív műtétek támogatásának céljára tervezett, komplex környezetekben való navigálásra kialakított spermaszerű mikrorobotok (más néven mikroúszók; microswimmers) létrehozását a ráják mozgása ihlette. A leginkább a spermiumokra hasonlító mikroúszók, amelyek szabályozható hajtást biztosító flexibilis farokkal és a kiváló hatóanyag-hordozást biztosító fejjel rendelkeznek, jól irányíthatónak bizonyultak különböző viszkozitású folyadékok alkotta környezeti feltételek mellett, és a hagyományos mikrofluidikai kialakítású mikrorobotokhoz képest nagyobb úszási hatékonyságot mutattak. Ráadásul a hagyományos gyógyszeradagoló mikrorobotok tömeggyártása, valamint hatékony hajtásuk és szabályozott hatóanyag-kibocsátásuk biztosítása továbbra sem volt megoldott.
A mikroúszók új gyártási eljárása egyetlen lépésből álló folyamatra egyszerűsíti kialakításukat: ez a technológiai a külső mágneses mezővel vezérelt Vortex Turbulence-Assisted Microfluidics (VTAM) platformon alapul. A kutatócsoport által kifejlesztett VTAM platform egy hagyományos kereszt alakú mikrofluidikai chipet kombinál egy forgó mágneses keverő által kialakított vortextartállyal. A mikrofluidikai chip monodiszperz mágneses alginátcseppeket hoz létre, amelyeket kapillárisokon keresztül a kalcium-klorid-oldattal teli vortextartályba juttatnak. A cseppek az örvényszerű áramlás hatására szétpukkadnak, feltárva a bennük lévő mágneses alginátoldatot, és az áramlás iránya mentén kihúzva azt aszimmetrikus, spermaszerű struktúrákat alkotnak. A farok kihúzása után a cseppek milliszekundumokon belül megszilárdulnak a kalcium-klorid oldatban lévő kalciumionokkal való keresztkötési reakció következtében. Az ezzel a stratégiával előállított mikroúszók biológiailag lebomló fejjel és rugalmas farokkal rendelkeznek, morfológiájuk az örvénysebesség és az oldat koncentrációja révén szabályozható.
Az új mikroúszók gyógyszerleadási teljesítményének további fokozása érdekében a kutatócsoport a felületüket pH-érzékeny membránnal vonta be, ami lehetővé teszi a lassú és szabályozott hatóanyag-leadást különböző kémhatású környezetekben. Ez a bevonat kiváló teljesítményt mutatott különböző környezeti feltételek mellett, és lényegesen jobb hatóanyag-kibocsátást biztosított, mint a membrán nélküli megoldások. A kutatócsoport a mikroúszókat az emberi test belső tereit utánzó mesterséges környezetben próbálta ki, ahol előre meghatározott helyeken hatóanyagokat szabadítottak fel, bemutatva az ezekben a mikroúszókban rejlő óriási orvosbiológiai potenciált.
Shen Yajing professzor, a fejlesztés vezetője így nyilatkozott: “A VTAM platform kényelmes és gyors megoldást kínál komplex 3D-s polimorf struktúrák előállítására, amit a hagyományos lamináris eszközökkel nem tudtunk megvalósítani. A gyakorlati alkalmazás feltételeit követve a folyamat további optimalizálására törekszünk, hogy a lehető legjobban biztosíthassuk a mikroúszók konzisztenciáját és teljesítményének stabilitását. Alig várjuk, hogy in vivo vizsgálatokat végezzünk annak érdekében, hogy a valódi alkalmazási környezetben értékelhessük gyógyszeradagoló mikrorobotjaink teljesítményét.”
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Irodalmi hivatkozás:
Rong Tan et al, One-step formation of polymorphous sperm-like microswimmers by vortex turbulence-assisted microfluidics, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49043-0
