Биогибридные микро-роботы для лечения заболеваний кишечника

Каждый микроробот состоит из клеток водорослей (зеленые), покрытых противовоспалительными наночастицами (красные).

Если вы страдаете воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК), таблетка, наполненная роботами из микроскопических водорослей, может быть именно тем, что вам нужно. Было показано, что биогибридные микророботы уменьшают симптомы и способствуют выздоровлению лабораторных мышей с ВЗК.

Во-первых, что такое воспалительное заболевание кишечника?

На самом деле это общий термин для двух аутоиммунных заболеваний пищеварительного тракта: болезни Крона и язвенного колита. Хотя точная причина этих заболеваний до конца не выяснена, считается, что они возникают, когда иммунная система организма неспособна адекватно реагировать на вторжение вирусов или бактерий.

Этот ошибочный ответ заставляет иммунные клетки, называемые макрофагами, производить избыток белков, вызывающих воспаление, называемых провоспалительными цитокинами, что происходит в толстой кишке. Эти цитокины затем разворачиваются и связываются с рецепторами макрофагов, заставляя их производить больше цитокинов.

В результате образуется порочный круг, в котором воспаление толстой кишки продолжается бесконечно, что приводит к постоянным симптомам, таким как диарея, ректальное кровотечение, боли в животе, усталость и потеря веса. Роботы-водоросли созданы, чтобы разорвать этот порочный круг.

Созданные учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего, каждый из этих микророботов имеет форму живой клетки зеленой водоросли, покрытой биоразлагаемыми полимерными наночастицами. Каждая из этих наночастиц, в свою очередь, покрыта клеточной мембраной макрофага.

Эта диаграмма иллюстрирует, как микророботы доставляются в толстую кишку.

пациент сначала проглатывает капсулу, содержащую крошечного робота, подвешенного в жидкости-носителе. Благодаря своему составу оболочка капсулы остается неповрежденной в желудке и не растворяется до достижения нейтрального pH толстой кишки. Как только это произойдет, микророботы будут освобождены.

Клетки водорослей/роботы продолжают плавать в толстой кишке, тщательно распределяясь по всему органу. Цитокины в толстой кишке затем связываются с роботизированными наночастицами. Это происходит потому, что цитокины принимают частицы за макрофаги из-за того, как частицы обертываются вокруг мембраны макрофагов.

Однако, поскольку наночастицы не являются макрофагами, они не стимулируют выработку дополнительных цитокинов. В результате популяция цитокинов в толстой кишке постепенно «израсходуется» наночастицами, тем самым уменьшая воспаление и позволяя поврежденным тканям зажить.

При тестировании на мышах с воспалительными заболеваниями кишечника было обнаружено, что микророботы уменьшают ректальное кровотечение, улучшают консистенцию стула, обращают вспять потерю веса и уменьшают воспаление толстой кишки. Кроме того, у грызунов не наблюдалось побочных эффектов. В настоящее время планируются клинические испытания на людях.

«Преимущество этого подхода в том, что он не требует использования лекарств», — сказал профессор Чжан Лянфан, который руководил исследованием вместе с профессором Джозефом Вангом. «Мы просто используем естественные клеточные мембраны для поглощения и нейтрализации провоспалительных цитокинов».

Статья о текущем исследовании была недавно опубликована в журнале Science Robotics.