Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали микророботов, которые могут плавать в легких, доставлять лекарства и использоваться для лечения опасных для жизни случаев бактериальной пневмонии.

У мышей микророботы безопасно уничтожали вызывающие пневмонию бактерии в легких и приводили к 100% выживанию. Напротив, все необработанные мыши умерли в течение трех дней после заражения.

Микророботы сделаны из клеток водорослей, поверхность которых испещрена наночастицами, наполненными антибиотиками. Водоросли обеспечивают движение, что позволяет микророботам плавать и доставлять антибиотики непосредственно к большему количеству бактерий в легких. Наночастицы, содержащие антибиотики, состоят из крошечных биоразлагаемых полимерных сфер, покрытых клеточными мембранами нейтрофилов, которые являются разновидностью лейкоцитов. Особенность этих клеточных мембран заключается в том, что они поглощают и нейтрализуют воспалительные молекулы, вырабатываемые бактериями и иммунной системой организма. Это дает микророботам возможность уменьшать вредное воспаление, что, в свою очередь, делает их более эффективными в борьбе с инфекцией легких.

Работа является совместным усилием лабораторий профессоров наноинженерии Джозефа Вана и Лянфанга Чжана из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Лаборатория Вана является мировым лидером в области исследований микро- и наноробототехники, а лаборатория Чжана является мировым лидером в разработке наночастиц, имитирующих клетки, для лечения инфекций и заболеваний. Вместе они стали пионерами в разработке крошечных роботов для доставки лекарств, которые можно безопасно использовать на живых животных для лечения бактериальных инфекций в желудке и крови. Лечение бактериальных инфекций легких является последним направлением их деятельности.

«Наша цель — адресная доставка лекарств в более сложные части тела, такие как легкие. И мы хотим сделать это безопасным, простым, биосовместимым и долговечным способом», — сказал Чжан, ведущий автор разработки. «Это то, что мы продемонстрировали в этой работе».

Команда использовала микророботов для лечения мышей с острой и потенциально смертельной формой пневмонии, вызванной бактериями Pseudomonas aeruginosa . Эта форма пневмонии обычно поражает пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии. Исследователи вводили микророботов в легкие мышей через трубку, вставленную в трахею. Инфекции полностью исчезли через неделю. Все мыши, которых лечили микророботами, выжили, а нелеченые мыши умерли в течение трех дней.

Лечение с помощью микророботов также было более эффективным, чем внутривенное введение антибиотиков в кровоток. Последним для достижения того же эффекта требовалась доза антибиотиков, которая в 3000 раз превышала дозу, используемую в микророботах. Для сравнения, доза микророботов обеспечивала 500 нанограммов антибиотиков на мышь, а внутривенная инъекция обеспечивала 1,644 миллиграмма антибиотиков на мышь.

«Эти результаты показывают, как целенаправленная доставка лекарств в сочетании с активным движением микроводорослей повышает терапевтическую эффективность», — сказал Ван.

И если мысль о том, чтобы поместить клетки водорослей в легкие, вызывает у вас брезгливость, исследователи говорят, что такой подход безопасен. После обработки иммунные клетки организма эффективно переваривают водоросли вместе с любыми оставшимися наночастицами. «Ничего токсичного не остается», — сказал Ван.

Работа все еще находится на стадии проверки концепции. Команда планирует провести дополнительные фундаментальные исследования, чтобы точно понять, как микророботы взаимодействуют с иммунной системой. Следующие шаги также включают исследования для проверки лечения микророботами и его масштабирования перед тестированием на более крупных животных и, в конечном итоге, на людях.