При инсульте или раковых опухолях врачи вынуждены вводить большие дозы лекарств, чтобы нужное количество препарата достигло цели, но это вызывает серьезные побочные эффекты. Микророботы решают эту проблему, доставляя препараты непосредственно к цели.
Микророботы проплывают по венам и растворяются после доставки лекарства
Инженеры Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали микророботов, управляемых магнитами, которые доставляют лекарства к тромбам и опухолям и затем растворяются в организме. Технология уже испытана на крупных животных — свиньях и овцах — и может радикально снизить побочные эффекты терапии, доставляя препараты точно к пораженным участкам.
Микророботы, наполненные лекарством, направляются по кровеносным сосудам с помощью магнитов. Luca Donati/lad.studio Zürich
Ежегодно 12 миллионов человек переносят инсульт, многие умирают или остаются инвалидами. Современные препараты для растворения тромбов распространяются по всему организму, и чтобы достаточное количество достигло тромба, приходится вводить высокие дозы. Это приводит к внутренним кровотечениям и другим осложнениям. Адресная доставка позволит снизить дозу в десятки раз, сохранив эффективность и убрав побочные эффекты.
Микроробот представляет собой сферическую капсулу из растворимого желатина, наполненную лекарством и наночастицами оксида железа. Магнитные поля позволяют управлять роботом снаружи. «Сочетание магнитной функциональности, видимости при рентгене и точного контроля в одном микророботе потребовало идеальной синергии между материаловедением и робототехникой, на достижение которой у нас ушли годы», — говорит профессор Брэдли Нельсон, руководитель исследования. Работа опубликована в журнале Science.
Путь микроробота
Тромб в кровеносном сосуде. Реконструкция.
Микроробота вводят через катетер в кровь или спинномозговую жидкость. Электромагнитная навигационная система направляет его к цели тремя способами: вращающееся магнитное поле заставляет капсулу катиться вдоль стенки сосуда со скоростью 4 миллиметра в секунду, градиент поля притягивает робота против течения крови со скоростью до 40 сантиметров в секунду, а в сложных развилках сосудов капсулу несет поток при точной ориентации магнита. Точность навигации — до миллиметра.
Чтобы высвободить препарат, исследователи применяют быстро меняющееся магнитное поле, нагревающее наночастицы. Желатиновая оболочка растворяется, и лекарство попадает точно в нужное место. Команда успешно загрузила в роботов тромболитик, антибиотик и противоопухолевый препарат.
Имитация кровеносных сосудов и движение робота.
В экспериментах на свиньях и овцах все три метода навигации работали точно, а роботы оставались видимыми на рентгене в течение всей процедуры. В реалистичных силиконовых моделях человеческих сосудов капсулы доставляли лекарство к цели в более чем 95% случаев. Модели оказались настолько точными, что теперь используются для медицинского обучения.
Технология может применяться для лечения инсультов, локализованных инфекций и опухолей мозга. Следующий шаг — клинические испытания на людях, которые могут начаться в ближайшие пять лет.