Гибридные нанороботы очистят кровь от бактерий и токсинов
Примечательно, что такие нанороботы являются гибридными. Одна часть команды сосредоточилась на инженерной части, "телах" роботов, а вторая разрабатывала для них особую оболочку, позволяющую запустить их в кровоток.
В результате исследователи получили роботов, длина которые в 25 раз меньше толщины человеческого волоса.
Основой конструкции стали золотые нановолокна, которые инженеры упаковали в мембраны из слоёв тромбоцитов и эритроцитов. Причём специалисты использовали настоящие живые клетки с сохранением всех их исходных функций, а слои из клеток "сращивали" в одну мембрану при помощи высокочастотных звуковых волн.
Такое покрытие позволяет роботизированным охотникам за патогенами выполнять сразу несколько функций. Тромбоциты известны своей способностью бороться с бактериями, например, метициллинрезистентным золотистым стафилококком, который имеет устойчивость к антибиотикам. А эритроциты, в свою очередь, поглощают и нейтрализуют токсины, которые производят бактерии.
Управлять нанороботами можно при помощи ультразвука, поэтому химическое топливо им для движения по кровеносным сосудам не требуется. Скорость их перемещения, согласно экспериментальным данным, составляет 35 микрометров в секунду, поэтому процесс очистки крови будет проходить очень быстро.
"Перенося естественные клеточные покрытия на синтетические наномашины, мы можем подарить нанороботам новые возможности, такие как удаление патогенов и токсинов из организма", — рассказывает один из ведущих авторов работы Джозеф Ванг (Joseph Wang).
Его команда уточняет, что уникальное клеточное покрытие может также защищать устройства: нанороботам будет не страшен процесс, известный как биообрастание (biofouling). В ходе него на поверхности стороннего предмета (например, датчика) могут скапливаться белки, и это мешает устройствам нормально функционировать.
Первые испытания нанороботы уже прошли: перед ними поставили задачу очистить кровь от устойчивого к антибиотикам штамма золотистого стафилококка, о котором мы писали выше. В образцах крови содержались не только бактерии, но и токсины, произведённые ими.
Всего за пять минут нанороботы сократили популяцию бактерий и количество токсинов в три раза.
Впрочем, авторы отмечают, что их работа ещё далека от завершения. Конечные цели команды более широкие: речь идёт не только об очистке крови от конкретного штамма бактерий, а о создании многофункциональной системы детоксикации. То есть перед нанороботами будет стоять задача найти и нейтрализовать как можно больше самых разных патогенов, и не только в крови, но и в других биологических жидкостях.
В ближайших планах учёных – испытание разработки на животных моделях. Кроме того, исследователи также подбирают биоразлагаемые материалы для основной конструкции, которые могли бы заменить золото.
Такое решение избавит учёных от необходимости выводить роботов из кровотока после окончания детокс-работ. (Как они будут в него попадать, пока не уточняется.)
Научная статья с более подробным описанием работы была опубликована в журнале Science Robotics.