Νανορομπότ κολυμπούν στους πνεύμονες και θεραπεύουν θανατηφόρα πνευμονία σε ποντίκια

FILE PHOTO: Απεικόνιση των μικρορομπότ που εισέρχονται στους πνεύμονες για να θεραπεύσουν την πνευμονία. Photo: Wang/ UC San Diego




Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο ανέπτυξαν μικροσκοπικά ρομπότ, που ονομάζονται μικρορομπότ, που μπορούν να κολυμπούν στους πνεύμονες, να χορηγούν φάρμακα και να χρησιμοποιηθούν για την εξάλειψη απειλητικών για τη ζωή περιπτώσεων βακτηριακής πνευμονίας.

Στα ποντίκια, τα μικρορομπότ εξάλειψαν με ασφάλεια τα βακτήρια που προκαλούν πνευμονία και οδήγησαν σε 100% επιβίωση. Αντίθετα, τα ποντίκια που δεν υποβλήθηκαν σε θεραπεία πέθαναν όλα μέσα σε τρεις ημέρες μετά τη μόλυνση.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν  στις 22 Σεπτεμβρίου στο Nature Materials .

Τα μικρορομπότ αποτελούνται από κύτταρα φυκιών των οποίων οι επιφάνειες είναι γεμάτες με νανοσωματίδια γεμάτα αντιβιοτικά. Τα φύκια παρέχουν κίνηση, η οποία επιτρέπει στα μικρορομπότ να κολυμπούν και να παρέχουν αντιβιοτικά απευθείας σε περισσότερα βακτήρια στους πνεύμονες.

Τα νανοσωματίδια που περιέχουν τα αντιβιοτικά είναι κατασκευασμένα από μικροσκοπικές βιοδιασπώμενες πολυμερείς σφαίρες που είναι επικαλυμμένες με τις κυτταρικές μεμβράνες των ουδετερόφιλω –  έναν τύπο λευκών αιμοσφαιρίων.

Το ιδιαίτερο με αυτές τις κυτταρικές μεμβράνες είναι ότι απορροφούν και εξουδετερώνουν τα φλεγμονώδη μόρια που παράγονται από τα βακτήρια και το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος. Αυτό δίνει στα μικρορομπότ την ικανότητα να μειώνουν την επιβλαβή φλεγμονή, η οποία με τη σειρά της τα καθιστά πιο αποτελεσματικά στην καταπολέμηση της πνευμονικής λοίμωξης.

Η εργασία είναι μια κοινή προσπάθεια μεταξύ των εργαστηρίων των καθηγητών νανομηχανικής Joseph Wang και Liangfang Zhang, και οι δύο στο UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Ο Wang είναι παγκόσμια προσωπικότητα στον τομέα της έρευνας μικρο- και νανορομποτικών, ενώ ο Zhang είναι επίσης διακεκριμένος στην ανάπτυξη νανοσωματιδίων που μιμούνται τα κύτταρα για τη θεραπεία λοιμώξεων και ασθενειών.

Μαζί, πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη μικροσκοπικών ρομπότ που παρέχουν φάρμακα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια σε ζωντανά ζώα για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων στο στομάχι και το αίμα . Η θεραπεία βακτηριακών πνευμονικών λοιμώξεων είναι η πιο πρόσφατη  εργασία τους.

«Στόχος μας είναι να κάνουμε στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων σε πιο δύσκολα μέρη του σώματος, όπως οι πνεύμονες. Και θέλουμε να το κάνουμε με τρόπο ασφαλή, εύκολο, βιοσυμβατό και μακράς διαρκείας», είπε ο Zhang. «Αυτό έχουμε δείξει σε αυτή την εργασία».

Η ομάδα χρησιμοποίησε τα μικρορομπότ για να θεραπεύσει ποντίκια με μια οξεία και δυνητικά θανατηφόρα μορφή πνευμονίας που προκαλείται από το βακτήριο Pseudomonas aeruginosa .

Αυτή η μορφή πνευμονίας επηρεάζει συνήθως ασθενείς που υποστηρίζεται η αναπνοή τους σε μονάδες  εντατικής θεραπείας. Οι ερευνητές χορήγησαν τα μικρορομπότ στους πνεύμονες των ποντικών μέσω ενός σωλήνα που είχε εισαχθεί στην τραχεία. Οι λοιμώξεις εξαφανίστηκαν πλήρως μετά από μία εβδομάδα. Όλα τα ποντίκια που έλαβαν θεραπεία με τα μικρορομπότ επέζησαν τις τελευταίες 30 ημέρες, ενώ τα ποντίκια που δεν υποβλήθηκαν σε θεραπεία πέθαναν μέσα σε τρεις ημέρες.

Η θεραπεία με τα μικρορομπότ ήταν επίσης πιο αποτελεσματική από μια ενδοφλέβια ένεση αντιβιοτικών που απαιτούσε μια δόση αντιβιοτικών που ήταν 3000 φορές υψηλότερη από αυτή που χρησιμοποιούσαν τα μικρορομπότ για να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα.

  • Μια δόση μικρορομπότ παρείχε 500 νανογραμμάρια αντιβιοτικών ανά ποντίκι, ενώ μια ενδοφλέβια ένεση παρείχε 1,644 χιλιοστόγραμμα αντιβιοτικών ανά ποντίκι.

Η προσέγγιση της ομάδας είναι τόσο αποτελεσματική επειδή τοποθετεί το φάρμακο εκεί που πρέπει να πάει αντί να το διαχέει στο υπόλοιπο σώμα.

«Με μια ενδοφλέβια ένεση, μερικές φορές μόνο ένα πολύ μικρό κλάσμα αντιβιοτικών θα εισέλθει στους πνεύμονες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλές τρέχουσες αντιβιοτικές θεραπείες για την πνευμονία δεν λειτουργούν όσο χρειάζεται, οδηγώντας σε πολύ υψηλά ποσοστά θνησιμότητας στους πιο άρρωστους ασθενείς», δήλωσε ο Victor Nizet, καθηγητής στο UC San Diego School of Medicine and Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. ο οποίος είναι συν-συγγραφέας στη μελέτη και συνεργάτης ιατρού-επιστήμονα των Wang και Zhang.

  • «Με βάση αυτά τα δεδομένα ποντικιών, βλέπουμε ότι τα μικρορομπότ θα μπορούσαν ενδεχομένως να βελτιώσουν τη διείσδυση των αντιβιοτικών για να σκοτώσουν βακτηριακά παθογόνα και να σώσουν τη ζωή περισσότερων ασθενών».

Και αν η σκέψη να βάλετε κύτταρα φυκιών στους πνεύμονές σας κάπως σας αγχώνει, οι ερευνητές λένε ότι αυτή η προσέγγιση είναι ασφαλής. Μετά τη θεραπεία, τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος αφομοιώνουν αποτελεσματικά τα φύκια, μαζί με τυχόν εναπομείναντα νανοσωματίδια. «Τίποτα τοξικό δεν μένει πίσω», είπε ο Wang.

Η ομάδα σχεδιάζει να κάνει περισσότερη έρευνα για να κατανοήσει ακριβώς πώς αλληλεπιδρούν τα μικρορομπότ με το ανοσοποιητικό σύστημα. Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν επίσης μελέτες για την επικύρωση της θεραπείας με μικρορομπότ και την κλιμάκωσή της πριν τη δοκιμή σε μεγαλύτερα ζώα και τελικά σε ανθρώπους.

Με πληροφορίες από UC San Diego

Μεγάλη πρωτιά για την ανθρωπότητα: Η NASA χτύπησε αστεροειδή με σκάφος – καμικάζι για να τον εκτρέψει από την πορεία του

Ακολουθήστε τη HELLAS JOURNAL στη NEWS GOOGLE

Hellasjournal - Newsletter


%d bloggers like this: