Вчені створили рій мікророботів, який знищив бактерії, що викликають госпітальну пневмонію, яка може загрожувати пацієнту смертю. Мікророботи складаються з клітин водоростей, покритих шаром наночастинок з антибіотиками. Всі миші, яких лікували мікророботами повністю одужали, тоді як не ліковані померли протягом трьох днів. Таких результатів вдалося досягти завдяки кращому проникненню антибіотиків прицільно у тканини легень. Дослідження опубліковане в журналі Nature Materials.
Зображення мікроробота: водорості (зеленим) та наночастинки (коричневим) / Fangyu Zhang, Jia Zhuang et al., / Nature Materials, 2022.
Що таке госпітальна пневмонія?
Мікророботів випробували для лікування вентилятор-асоційованої пневмонії (ВАП), яка є різновидом госпітальної пневмонії, та характеризується запаленням легень. Вона виникає в критично хворих людей, що перебувають у відділеннях інтенсивної терапії на апаратах штучної вентиляції легенів (ШВЛ) щонайменше 48 годин. Ця інфекція вражає від 10 до 25 відсотків серед захворілих, та призводить до значної смертності, тривалого перебування у відділеннях інтенсивної терапії та збільшення кількості днів на апаратах ШВЛ. Найпоширенішою грамнегативною бактерією, яка викликає госпітальну пневмонію є синьогнійна паличка Pseudomonas aeruginosa, що стійка до багатьох антибіотиків. Вчені з Каліфорнійського університету припустили, що підсилити дію антибіотиків можна доставкою їх прицільно до тканин легень та поступового вивільнення. Поєднавши рухливість природних організмів із багатофункціональністю синтетичних компонентів, вчені отримали гібридну платформу мікророботів, здатну ефективно доставляти ліки.
Що за біогібридна платформа мікророботів?
Науковці створили біогідбидних мікророботів на основі мікроводоростей Chlamydomonas reinhardtii, вкритих полімерними наночастинками, які завантажили антимікробними препаратами для лікування легеневої інфекції. Такі мікроплавці з водоростей пересуваються самі за рахунок джгутиків і вже демонстрували ефективність доставки вантажу, вправно пересуваючись у середовищах з умовами, відповідними фізіологічним. Мікроводорості легко культивувати, вони мають довгий термін служби, та за ними легко спостерігати через власну флуоресценцію від хлоропластів. Наночастинки на клітинах водоростей складаються з полімерних сфер, вкритих мембранами нейтрофілів, тобто білих кров'яних тілець, які відомі своєю здатністю нейтралізувати запальні молекули, що утворюються бактеріями та власною імунною системою організму. Уся гібридна конструкція розкладається природним шляхом.
Як перевіряли ефективність мікророботів?
Мікророботів вводили у легені мишей інсуліновою голкою через трубку, вставлену в трахею. Дослідження тривало 14 днів. Порівнювалася ефективність роботи мікророботів і контрольної групи, яка не отримувала ліків. Абсолютно всі миші, яким вводили мікророботів вижили та одужали, у той час як усі необроблені миші загинули протягом трьох днів. Крім того, ефективність лікування мікророботами порівняли з внутрішньовенним введенням антибіотиків в такому ж дозуванні, та дієвість мікророботів була суттєво вищою. Тобто аби досягти такої ж ефективності як в мікророботів, внутрішньовенно потрібно ввести значно більше ліків, що веде за собою збільшення побічних ефектів. Це пов'язано із тривалим вивільненням антибіотиків з біогібридної платформи і їх роботою саме в легенях, тоді як при введенні в кров, антибіотики розсіяні по всьому організму.
Раніше ми розповідали про мікророботів, які успішно доставили ліки до кишечників мишей та свиней, а також про випробування прицільної доставки ліків до нервової системи. В обох випадках мікророботи переміщувалися завдяки зовнішньому магнітному полю. Про те, як ще можна керувати мікророботами, як їх виготовляють, та як вони можуть змінити медицину йдеться у нашому матеріалі «Що таке мікророботи».