Революция в медицине: микророботы заработали в живом организме

За последние несколько лет микроробототехника существенно продвинулась вперед. Только за последние пару месяцев в этой сфере появилось сразу несколько прорывных технологий.

Лечебные торпеды

Ученые из Калифорнийского Университета в Беркли произвели революцию в сфере наномедицины. Впервые в истории микроскопические двигатели заработали в живом организме, доставив медицинские препараты точно в слизистую желудка. Результаты работы опубликованы в свежем номере журнала ACS Nano.

Применение нанороботов обещает перевести медицину на кардинально новый уровень. Перемещаясь не только по крупным артериям, но и по относительно узким кровеносным сосудам, они позволяют проводить сложные виды лечения без травматического хирургического вмешательства. Но в первую очередь они будут полезны при терапии рака, целенаправленно доставляя лекарство прямо к злокачественному образованию. Это принципиально важно, ведь при химиотерапии препараты подаются через капельницу, нанося сильнейший удар по всему организму.

Разработка Калифорнийского Университета в Беркли представляет особую ценность, поскольку впервые вышла за рамки испытаний на культурах клеток и образцах тканей. На сей раз ученые впервые протестировали нанороботов на живом организме, пусть и на мышином. Микроскопические двигатели, доставили медицинские препараты точно в слизистую желудка грызунов, причем никаких побочных эффектов терапии выявлено не было.

Нонороботы, созданные специалистами Калифорнийского Университета в Беркли - это тончайшие, покрытые цинком полимерные трубки длинной всего в двадцать микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса. В желудке цинк вступает в реакцию с кислотой, в результате чего образуются пузырьки водорода. Газ вырывается из расширенного конца трубок, превращая их в крошечные торпеды, которые плывут в желудочном соке, пока не достигнут стенок желудка. Хотя скорость машин довольно низкая - около 60 микрометров в секунду, этого достаточно, чтобы в конце пути врезаться и застрять в слизистой. Там трубки растворяются под действием ферментов и выпускают помещенное внутри лекарство.

Немаловажное преимущество технологии состоит в том, что для производства нанороботов используется нетоксичный полимер, тогда как раньше в большинстве движущихся микромашин применяли небезопасные для организма химикаты.

Методику будут использовать для лечения многих заболеваний, включая самые сложные болезни желудка и рак. Точная доставка повысит эффективность лекарств и предотвратит их распространение по организму.

Молекулы научились ходить

А чуть раньше химики из Оксфордского университета создали способные самостоятельно передвигаться молекулы-нанороботы. Они настолько крошечные, что их невозможно рассмотреть даже в самый мощный микроскоп. Тем не менее, роботы потихоньку передвигаться. Это первый в истории современной науки случай, когда серия крошечных шагов, сделанных молекулой-нанороботом, была зафиксирована в режиме реального времени.

Движение регистрировалось по следу, оставляемому роботом на так называемых нанопорах - отверстиях очень малого диаметра, заполненных определенных химическим веществом. Эти нанопоры основаны на новой технологии "упорядочивания ДНК", разработанной учеными Bayley Group и специалистами их дочерней компании Oxford Nanopore Technologies.

Для того чтобы роботы не отрывались от поверхности, исследователи снабдили их химически активными "ногами", атомы которых образуют химические связи с материалом поверхности, по которой передвигаются молекулы. Каждый раз "нога", входя в контакт с поверхностью, прилипает к ней, образуя химическую связь. Для "ног" молекул выбрано такое вещество, которое позволит им передвигаться по множеству различных поверхностей, включая организм человека.

Передвигающиеся нанороботы - значимый шаг на пути создания функционирующих в живом организме крошечных двигателей. В будущем специалисты Оксфордского университета на базе нынешней технологии планируют разработать универсальную нанотранспортную сеть, которую можно развернуть в любом месте и по которой нанороботы будут переносить лекарства.

Целебные гребешки

Интересную разработку представили и ученые из немецкого Института интеллектуальных систем Макса Планка. Они создали необычного микроскопического робота в форме морского гребешка, который стремительно передвигается по жидкостям тела человека. Его конструкция отличается от всех предыдущих прототипов и, как уверяют создатели, является наилучшей для выполнения подобного рода задач.

Принцип движения робота тоже позаимствован у двустворчатого моллюска. Наноустройство умеет хлопать створками своей раковины и перемещаться за счет возникающей при этом реактивной тяги. Это позволяет ему легко плыть в жидкостях с разной плотностью. Авторы разработки говорят, что такой способ передвижения весьма экономичен с точки зрения энергозатрат: для работы используется энергия внешнего электромагнитного поля, что позволяет обойтись без источника питания и уменьшить размеры раковины.