Китайские исследователи разработали управляемых магнитным полем микророботов из диатомовых водорослей для лечения глиобластомы с помощью фотодинамической терапии. Эти микророботы обладают превосходной чувствительностью к магнитному полю и возможностью программировать движения, что позволяет им точно направляться к очагам глиобластомы. После того как микророботы на основе диатомовых водорослей оказываются в очаге опухоли, их можно активировать с помощью лазерного облучения, что приводит к фотодинамическому терапевтическому эффекту.

Превращение крошечных диатомовых водорослей в микророботов

Исследовательская группа из Шэньянского института автоматизации (ШИА) Китайской академии наук в сотрудничестве с больницей Шэнцзин при Китайском медицинском университете разработала микророботов на основе диатомовых водорослей — одноклеточных организмов.

Эксперименты на животных показали, что микророботы на основе диатомовых водорослей оказывают значительное цитотоксическое воздействие на первичные клетки глиобластомы и демонстрируют хорошую биосовместимость.

Естественная структура и встроенный хлорофилл

Размер диатомовых водорослей обычно составляет от нескольких до десятков микрометров. Они широко распространены в морской, пресноводной и заболоченной среде. Это одни из самых маленьких фотосинтезирующих организмов на Земле.

Клетка диатомовых водорослей похожа на крошечную коробочку. Ее пористая внешняя клеточная стенка, называемая панцирем, состоит из бесцветного, прозрачного и твердого кремнезема. Под микроскопом панцири диатомовых водорослей демонстрируют богатое разнообразие структур с однородными микропорами.

Вдохновившись этими структурными особенностями, исследователи использовали эндогенный хлорофилл, содержащийся в диатомовых водорослях, в качестве природного фотосенсибилизатора для фотодинамической терапии (ФДТ) глиобластомы без необходимости дополнительной модификации или введения препарата.

Дизайн, управление и потенциал доставки лекарств

Чтобы создать микророботов, исследователи использовали методы кислотной обработки для превращения диатомовых водорослей в микро- и наноразмерные роботизированные платформы. Пористая структура панциря позволяет загружать в них лекарства, а внешнее магнитное поле используется для управления их движением, что делает их пригодными для точной доставки лекарств.

При изготовлении микророботов естественный хлорофилл, содержащийся в клетках диатомовых водорослей, намеренно не удалялся, чтобы он мог служить естественным «лекарством».

С помощью алгоритмов искусственного интеллекта роботы-диатомеи научились автономно управлять движением по замкнутому циклу, что позволяет им перемещаться по заданным траекториям. Роботы также продемонстрировали способность преодолевать узкие проходы и нацеливаться на раковые клетки в клеточной среде.

Испытания на животных и перспективы на будущее

В ходе экспериментов на животных исследователи вводили диатомовые микророботы непосредственно в внутричерепные очаги глиобластомы у мышей и активировали фотодинамическую терапию с помощью лазерного облучения. В результате выживаемость первичных клеток глиобластомы снизилась до 19,5%.

Дальнейшие исследования подтвердили, что микророботы эффективно подавляют рост опухоли, не вызывая значительной системной токсичности.

«Этот тип микророботов, не требующий введения экзогенного препарата, может помочь избежать рисков, связанных с утечкой препарата при адресной доставке, тем самым снизив риск повреждения здоровых тканей и клеток», — говорит профессор Цзяо Нианьдун, исследователь из SIA.

В будущем исследователи планируют объединить эту технологию с интраоперационными навигационными системами и методами доставки на большие расстояния in vivo, чтобы повысить точность воздействия и терапевтическую эффективность.