Ученые из China’s National Center for Nanoscience (NCNT)  и Technology and Arizona State University сообщили, что разработали роботов размером в сотню нанометров – в одном дюйме содержится 25 миллионов нанометров. Роботы автономны, построены из свернутых ДНК-молекул и способны с высокой точностью доставлять лекарственные вещества внутрь опухолей.

Когда роботы достигают опухоли, они «разворачиваются» и лекарственный препарат вступает в контакт с окружающей средой. Активное вещество создает тромб, блокирующий кровоток, что препятствует поступлению в опухоль питательных веществ.

У большинства препаратов, влияющих на раковые клетки, есть отрицательные последствия для организма, так как действующее вещество влияет и на здоровые клетки тоже. Исследователи указывают, что нанороботы ориентированы на опухоли и не вредят здоровым органам. Это оставляет надежду на то, что в будущем лечение рака будет проводиться без побочных эффектов.

Нанороботы сильно отличаются от роботов, которые создают машины и пылесосят полы. Guangjun Nie, профессор NCNT, разработавший нанороботов, отмечает, что они могут работать в окружающей среде, и выполнять свои задачи как большие роботы.

В настоящее время исследователи работают с биотехнологическими компаниями для производства и клинических испытаний нанороботов, борющихся с раком. В будущем планируется разработка нанороботов, которые смогут провести обследование, диагностировать болезнь, определять поврежденные ткани, лечить рак, а также находить и разрушать атеросклеротические бляшки в кровеносных сосудах.

Цитата из научной фантастики

Идея о маленьких устройствах, которые борются с болезнью, пришла из фильма «Фантастическое путешествие», 1966 г., в котором подводная лодка и ее экипаж были сильно уменьшены и введены в тело человека, чтобы удалить опасный кровяной тромб.

В реальной жизни, конечно, не так легко уменьшать технику, и тем более людей. Компьютерные микросхемы, электродвигатели и батареи обычно слишком громоздки для работы в кровеносных сосудах или между клетками.

Но доступ к труднодоступным областям наших организмов предоставляет широкие возможности для медицины, поэтому ученые пытаются найти способы управлять и контролировать роботов внутри тела.

В дополнение к повышению эффективности и уменьшению побочных эффектов лекарств, нанороботы, перемещающиеся в кровотоке, могут действовать как системы раннего предупреждения о болезни. И крошечные беспроводные хирургические инструменты могли бы позволить врачам выполнять медицинские процедуры, не оперируя людей.

Нанороботы в микрохирургии

Eric Diller, ассистент профессора машиностроения University of Toronto, Канада, разрабатывает роботов миллиметровых размеров. Они построены из эластичных полимеров, заполненных магнитными частицами, которые можно перемещать в жидкостях и запускать для захвата объектов. Эти крошечные роботы контролируются точными магнитными полями, генерируемыми массивом электромагнитов, и в конечном итоге, говорит Eric Diller , могут быть использованы для сбора тканей для биопсии или переноса капсул с лекарствами внутри организма.

Эти роботы еще не были проверены в исследованиях, но ученые из Швейцарии уже протестировали аналогичный микробот в глазу кролика, используя его для прокола кровеносного сосуда своим иглоподобным наконечником. Конечная цель, по словам Eric Diller, заключается в создании набора хирургических инструментов с беспроводным питанием.

«Вместо открытой раны при операции мы хотели бы иметь возможность вводить хирургические инструменты, – говорит он, — мы могли бы делать неинвазивные, а не только минимально инвазивные процедуры, без внешних вмешательств и без осложнений, возникающих в результате операции».

Моторная медицина

Возможно, наиболее развитый и оптимальный в настоящее время подход к использованию микроскопических медицинских роботов – это «наномоторы» и «микромоторы». Это крошечные частицы, трубки или провода, сделанные из золота, магния и углерода. Они двигаются, либо используя топливо, находящееся в теле человека – например, кислоту или воду в желудке, либо при помощи магнитных полей или ультразвуковых волн.

Эти устройства могут перемещаться точно к местам заболевания и даже проникать глубоко в больную ткань, эффективно доставляя лекарства. В сочетании с биологически активными веществами, такими, как ферменты или антитела, они могут создавать гораздо более чувствительные способы обнаружения биохимических изменений при болезни.

По такому же принципу планируется создание наногубок, которые в сочетании с основным лекарственным веществом будут впитывать токсины и вредные для организма вещества.

Доктор Joseph Wang, профессор наноинженерии из University of California, Сан-Диего, – один из пионеров этой области. В августе прошлого года в его лаборатории были продемонстрированы микромоторы, загруженные антибиотиками, использующие в качестве топлива кислоту в желудке. Эти устройства лечили желудочные инфекции у мышей гораздо эффективнее, чем лекарственные препараты, принимаемые традиционными способами.

«Мы сбрасываем двигатели в желудок, и они просто плавают автономно», – говорит  Joseph Wang. «Это как принимать таблетки и забывать об этом».

Природные наноботы

Группа исследователей из Leibniz Institute for Solid State and Materials Research, Германия, загрузили сперматозоиды противораковыми препаратами и снабдили их  крошечными магнитными упряжками. Хвосты сперматозоидов обеспечивали движение, а жгутики позволяли исследователям направлять их с помощью магнитного поля в сторону опухолей рака шейки матки, которые были выращены в чашке Петри. В течение трех дней сперматозоиды убили 87% опухолевых клеток.

Еще в 2016 году команда исследователей из Polytechnique Montréal, Канада, использовала бактерии, загружая их противораковыми лекарственными средствами и используя искусственные магнитные поля, чтобы направлять в опухоли у мышей.

В итоге, говорит Eric Diller, «создание роботов в организме с нуля даст нам гораздо больший контроль над их функциональностью. Мы все еще далеки от возможности копировать подходы природы, поэтому на данный момент эти биогибридные подходы – хорошая идея.

«На данный момент есть веский аргумент в пользу использования этих организмов, которые уже функционируют и пытаться изменить их, чтобы использовать в своих целях», – говорит он. «Они гораздо более функциональны, чем устройства, которые мы можем построить сегодня».

Аналитическая группа редакции Qvant