- 26,793
- 46
- 8 Ноя 2022
Рассказываем про новый безопасный метод для доставки лекарств в любую точку вашего тела.
Рой саранчи обычно пугает, но робототехники смотрят на него иначе. В природе тысячи отдельных существ умеют двигаться как согласованная группа: пчёлы летят к источникам пыльцы, сардины собираются в косяки, насекомые быстро меняют направление и плотность роя. Инженеры пытаются использовать похожий принцип для микророботов, которые бывают не шире человеческого волоса.
Такие микромашины нужны там, где обычный инструмент слишком велик. В медицине они могут проходить по кровеносным сосудам , помогать удалять тромбы, доставлять химиотерапевтические препараты прямо к опухоли, переносить лекарства к глазу или в кишечник. В природе похожие системы предлагают применять для очистки воды от пластика и тяжёлых металлов.
Одним микророботом уже можно управлять с помощью звука, магнитного поля или света. С группой всё сложнее. Роботы должны собраться в нужную форму, удержать контур, сдвинуться по команде, а потом снова разойтись. Команда из Университета Сан-Диего предложила систему из живых водорослей и наночастиц. Синий свет собирает клетки вместе, красный помогает рассеять рой.
Исследователи выбрали хламидомонаду Рейнгардта , одноклеточную зелёную водоросль из пресной воды и почвы. Биологи давно работают с Chlamydomonas reinhardtii в лабораториях: этот организм хорошо изучен и реагирует на свет. Клетка достигает примерно 10 микрометров в диаметре, то есть близка по размеру к средней клетке кожи. Передвигаться ей помогают два жгутика. Они изгибаются в воде и толкают клетку вперёд, как крошечные винты.
Живые клетки уже пробовали использовать как транспорт для лекарств и датчиков. Например, бактерии прикрепляли к наночастицам с препаратами, чтобы доставлять груз в жидкой среде, бороться с патогенами, захватывать микропластик или переносить антибиотики. Но бактерии подходят не для всех задач: размер и форма могут мешать проходить в узкие и чувствительные участки. Водоросли дают больше контроля: они маленькие, активно плавают, чувствуют свет и могут нести наночастицы с лекарствами или химическими сенсорами.
Микророботов из водорослей уже проверяли в медицине. В одном опыте они доставляли антибиотики при бактериальной пневмонии у мышей. В другом случае исследователи тестировали их для терапии воспалительных заболеваний кишечника. Наночастицы сделали так, чтобы они поглощали и нейтрализовали воспалительные молекулы в кишке. После приёма в составе таблетки микророботы расходились по зоне лечения и в основном не попадали в другие органы.
Главная трудность оставалась в управлении роем. Одна клетка может плыть сама, но для медицинской задачи нужна целая группа, которая держит форму, меняет размер и движется в нужную сторону. Новая работа как раз проверяла, можно ли заставить живой рой вести себя предсказуемо.
В первом опыте чашки Петри с водорослями освещали синим и красным светом. Поверх света накладывали трафареты с нужным рисунком. Синий свет собирал клетки в плотную группу по контуру трафарета, красный рассеивал рой. За несколько минут исследователи получили живые фигуры, похожие на Америку и Афроевразию.
Потом команда начала менять форму и положение роя. Трафарет в виде стрелки помог сдвинуть группу на несколько миллиметров, не разрушив общий контур. Другие шаблоны собирали водоросли в звёзды, буквы и треугольники. Когда учёные меняли яркость и длительность синего и красного света, круглый рой увеличивался примерно вдвое или делился на четыре меньшие группы. По результатам опытов команда написала алгоритм, который предсказывает, как клетки отреагируют на освещение.
После чашек Петри исследователи перешли к модели раны. К водорослям прикрепили наночастицы и нанесли микророботов на манекен руки с покрытием, похожим на кожу. Поверхность обработали тонким слоем искусственной раневой жидкости. В смесь входили белки и химические вещества, которые обычно появляются после ссадины. Такая модель не заменяет живую ткань, но помогает проверить, сможет ли рой попасть в нужную область на неровной поверхности.
Затем подключили систему искусственного интеллекта . Алгоритм изучал снимок повреждённого участка и делил ткань на здоровые зоны, воспалённые области и места с признаками возможной инфекции. После этого исследователи напечатали лазером трафарет по форме проблемной зоны. Под синим светом микророботы собрались на медицинской ленте точно по контуру повреждения.
Так получился прототип умной повязки . Ленту приложили к модели раны, затем короткая вспышка красного света высвободила больше 90% микророботов в нужную область меньше чем за две минуты. Клетки не просто попали на поверхность. Они распределились по форме участка, который заранее выделил алгоритм.
До испытаний на настоящих ранах ещё далеко. Наночастицы нужно загрузить лекарствами, а поведение роя проверить в живой ткани. Там будут мешать иммунные реакции, движение жидкости, разные типы клеток и сложная поверхность повреждения. Световое управление тоже ограничивает применение: луч должен доходить до микророботов, поэтому метод пока лучше подходит для поверхностных ран и медицинских повязок.
Опыт показал, что живой рой можно собрать в нужную форму, перенести на пластырь и быстро выпустить в выбранной зоне. Следующий шаг - проверить микророботов из водорослей с лекарственной нагрузкой и понять, как они поведут себя в реальном повреждении.
Рой саранчи обычно пугает, но робототехники смотрят на него иначе. В природе тысячи отдельных существ умеют двигаться как согласованная группа: пчёлы летят к источникам пыльцы, сардины собираются в косяки, насекомые быстро меняют направление и плотность роя. Инженеры пытаются использовать похожий принцип для микророботов, которые бывают не шире человеческого волоса.
Такие микромашины нужны там, где обычный инструмент слишком велик. В медицине они могут проходить по кровеносным сосудам , помогать удалять тромбы, доставлять химиотерапевтические препараты прямо к опухоли, переносить лекарства к глазу или в кишечник. В природе похожие системы предлагают применять для очистки воды от пластика и тяжёлых металлов.
Одним микророботом уже можно управлять с помощью звука, магнитного поля или света. С группой всё сложнее. Роботы должны собраться в нужную форму, удержать контур, сдвинуться по команде, а потом снова разойтись. Команда из Университета Сан-Диего предложила систему из живых водорослей и наночастиц. Синий свет собирает клетки вместе, красный помогает рассеять рой.
Исследователи выбрали хламидомонаду Рейнгардта , одноклеточную зелёную водоросль из пресной воды и почвы. Биологи давно работают с Chlamydomonas reinhardtii в лабораториях: этот организм хорошо изучен и реагирует на свет. Клетка достигает примерно 10 микрометров в диаметре, то есть близка по размеру к средней клетке кожи. Передвигаться ей помогают два жгутика. Они изгибаются в воде и толкают клетку вперёд, как крошечные винты.
Живые клетки уже пробовали использовать как транспорт для лекарств и датчиков. Например, бактерии прикрепляли к наночастицам с препаратами, чтобы доставлять груз в жидкой среде, бороться с патогенами, захватывать микропластик или переносить антибиотики. Но бактерии подходят не для всех задач: размер и форма могут мешать проходить в узкие и чувствительные участки. Водоросли дают больше контроля: они маленькие, активно плавают, чувствуют свет и могут нести наночастицы с лекарствами или химическими сенсорами.
Микророботов из водорослей уже проверяли в медицине. В одном опыте они доставляли антибиотики при бактериальной пневмонии у мышей. В другом случае исследователи тестировали их для терапии воспалительных заболеваний кишечника. Наночастицы сделали так, чтобы они поглощали и нейтрализовали воспалительные молекулы в кишке. После приёма в составе таблетки микророботы расходились по зоне лечения и в основном не попадали в другие органы.
Главная трудность оставалась в управлении роем. Одна клетка может плыть сама, но для медицинской задачи нужна целая группа, которая держит форму, меняет размер и движется в нужную сторону. Новая работа как раз проверяла, можно ли заставить живой рой вести себя предсказуемо.
В первом опыте чашки Петри с водорослями освещали синим и красным светом. Поверх света накладывали трафареты с нужным рисунком. Синий свет собирал клетки в плотную группу по контуру трафарета, красный рассеивал рой. За несколько минут исследователи получили живые фигуры, похожие на Америку и Афроевразию.
Потом команда начала менять форму и положение роя. Трафарет в виде стрелки помог сдвинуть группу на несколько миллиметров, не разрушив общий контур. Другие шаблоны собирали водоросли в звёзды, буквы и треугольники. Когда учёные меняли яркость и длительность синего и красного света, круглый рой увеличивался примерно вдвое или делился на четыре меньшие группы. По результатам опытов команда написала алгоритм, который предсказывает, как клетки отреагируют на освещение.
После чашек Петри исследователи перешли к модели раны. К водорослям прикрепили наночастицы и нанесли микророботов на манекен руки с покрытием, похожим на кожу. Поверхность обработали тонким слоем искусственной раневой жидкости. В смесь входили белки и химические вещества, которые обычно появляются после ссадины. Такая модель не заменяет живую ткань, но помогает проверить, сможет ли рой попасть в нужную область на неровной поверхности.
Затем подключили систему искусственного интеллекта . Алгоритм изучал снимок повреждённого участка и делил ткань на здоровые зоны, воспалённые области и места с признаками возможной инфекции. После этого исследователи напечатали лазером трафарет по форме проблемной зоны. Под синим светом микророботы собрались на медицинской ленте точно по контуру повреждения.
Так получился прототип умной повязки . Ленту приложили к модели раны, затем короткая вспышка красного света высвободила больше 90% микророботов в нужную область меньше чем за две минуты. Клетки не просто попали на поверхность. Они распределились по форме участка, который заранее выделил алгоритм.
До испытаний на настоящих ранах ещё далеко. Наночастицы нужно загрузить лекарствами, а поведение роя проверить в живой ткани. Там будут мешать иммунные реакции, движение жидкости, разные типы клеток и сложная поверхность повреждения. Световое управление тоже ограничивает применение: луч должен доходить до микророботов, поэтому метод пока лучше подходит для поверхностных ран и медицинских повязок.
Опыт показал, что живой рой можно собрать в нужную форму, перенести на пластырь и быстро выпустить в выбранной зоне. Следующий шаг - проверить микророботов из водорослей с лекарственной нагрузкой и понять, как они поведут себя в реальном повреждении.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
