O echipă de specialişti în nanoinginerie a dezvoltat microroboţi care pot fi utilizaţi pentru a trata cazurile de pneumonie care pot provoca decesul.
O echipă de nanoingineri de la universitatea San Diego, din California, a dezvoltat roboţi microscopici, numiţi microroboţi, care pot înota până în plămâni pentru a furniza medicamente, putând fi utilizaţi pentru a trata cazurile de pneumonie bacteriană care pun viaţa în pericol.
La şoareci, microroboţii au eliminat în siguranţă bacteriile din plămâni care au cauzat pneumonia cu o rată de supravieţuire de 100%. În grupul de control, şoarecii netraţi au murit cu toţii la trei zile după infectare.
Rezultatele au fost publicate joi, în Nature Materials.
Microroboţii sunt alcătuiţi din celulele unor alge ale căror suprafeţe sunt presărate cu nanoparticule umplute cu antibiotice. Algele asigură mişcarea, ceea ce le permite nanoroboţilor să înoate şi să livreze antibiotice direct către bacteriile din plămâni.
Nanoparticulele care conţin antibioticele sunt făcute din sfere de polimer biodegradabile minuscule acoperite de membrana celulară a neutrofilelor (un tip de globule albe).
Un lucru special la aceste membrane celulare este acela că că pot absorbi şi neutraliza moleculele inflamatorii produse de bacterii şi de sistemul imunitar al organismului. Acest lucru le oferă microroboţilor capacitatea de a reduce inflamaţia dăunătoare, făcându-i face mai eficienţi în lupta împotriva infecţiilor pulmonare.
Lucrarea este un efort comun de colaborare între laboratoarele profesorilor de nanoinginerie Joseph Wang şi Liangfang Zhang, ambii de la UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang este un lider mondial în domeniul cercetării micro şi nanorobotice, în timp ce Zhang este un lider mondial în dezvoltarea nanoparticulelor care imită celulele pentru tratarea infecţiilor şi a bolilor. Împreună, cei doi oameni de ştiinţă au fost pionieri în dezvoltarea unor roboţi mici care livrează medicamente şi pot fi utilizaţi în siguranţă la animalele vii pentru a trata infecţiile bacteriene din stomac şi sânge. Tratarea infecţiilor bacteriene pulmonare este cea mai recentă reuşită în domeniul lor de activitate.
„Scopul nostru este să facem livrarea direcţionată a medicamentelor în părţi ale corpului, care reprezintă o provocare, aşa cum sunt şi plămânii. Şi vrem să o facem într-un mod sigur, uşor, biocompatibil şi de lungă durată”, a spus Zhang. „Asta este ceea ce am demonstrat în această lucrare”.
Echipa a folosit microroboţii pentru a trata şoarecii cu o formă acută şi potenţial fatală de pneumonie cauzată de bacteria Pseudomonas aeruginosa. Această formă de pneumonie afectează frecvent pacienţii care primesc ventilaţie mecanică în secţia de terapie intensivă.
Cercetătorii au administrat microroboţii în plămânii şoarecilor printr-un tub introdus în trahee. Infecţiile au fost înlăturate complet după o săptămână. Toţi şoarecii trataţi cu microroboţi au supravieţuit peste 30 de zile, în timp ce şoarecii netrataţi au murit în trei zile.
Tratamentul cu microroboţi s-a dovedit, de asemenea, mai eficient decât o injecţie IV de antibiotice în fluxul sanguin, care a necesitat o doză de antibiotice de 3000 de ori mai mare decât cea folosită la microroboţi pentru a obţine acelaşi efect. Pentru comparaţie, o doză furnizată de microroboţi a conţinut 500 de nanograme de antibiotice per şoarece, în timp ce o injecţie IV a furnizat 1,644 miligrame de antibiotice per şoarece.
Abordarea echipei s-a dovedit atât de eficientă, întrucât medicamentul ajunge exact acolo unde trebuie fără a se împrăştia prin restul corpului.
„Aceste rezultate arată că livrarea direcţionată a medicamentelor, combinată cu mişcarea activă a microalgelor, îmbunătăţeşte eficacitatea terapeutică”, a spus Wang.
„Cu o injecţie intravenoasă, uneori doar o fracţiune foarte mică de antibiotice va ajunge în plămâni. De aceea, multe tratamente antibiotice actuale pentru pneumonie nu funcţionează atât de bine pe cât este necesar, ceea ce duce la rate foarte mari de mortalitate la cei mai bolnavi”, a declarat coautorul studiului, dr Victor Nizet, profesor la facultatea de medicină de la UC San Diego şi facultatea Skaggs de farmacie şi ştiinţe farmaceutice, medic-cercetător, unul dintre colaboratorii celor doi oameni de ştiinţă.
„În baza acestor rezultate obţinute la şoarecei vedem că microroboţii ar putea îmbunătăţi tratamentul cu antibiotice pentru a ucide agenţii patogeni bacterieni şi a salva vieţile mai multor pacienţi”, a mai spus medicul.
Cercetătorii spun că abordarea cu alge care ajung în plămâni este sigură. După tratament, celulele imune ale organismului digeră eficient algele, împreună cu orice nanoparticule rămase.
„Nimic toxic nu este lăsat în urmă”, au mai precizat autorii cercetării.
Lucrarea se află încă în stadiul de demonstrare a conceptului. Echipa intenţionează să facă mai multe cercetări pentru a înţelege exact cum interacţionează microroboţii cu sistemul imunitar.
Următorii paşi includ studii pentru validarea tratamentului cu microroboţi şi extinderea acestuia înainte de a-l testa pe animale mai mari şi pe oameni.
„Depăşim şi mai mult graniţa în domeniul livrării ţintite de medicamente”, au mai precizat autorii.