Tim sa Univerziteta u Bazelu razvio je modularne nanorobote koji se sami sastavljaju od dva modula: magnetnog za kretanje i kapsule sa polimernim vezikulama koje nose enzime ili lekove. Pod kontrolom spoljnog magnetnog polja roboti su u laboratorijskim uslovima vezivali HeLa ćelije i, nakon 72 sata, smanjili njihovu vitalnost na oko 16%. Sistem se može prikupljati, razdvajati, dopunjavati i ponovo koristiti, ali su potrebna dalja ispitivanja pre kliničke primene.
Novi Modularni Nanoroboti Iz Bazela: Precizno Ciljanje Ćelija Raka I Višekratna Upotreba
New modular nanorobots can move, target cells, and deliver drugs, offering a new path for precision medicine and industry. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
Nova klasa mikroskopskih mašina razvijenih na Univerzitetu u Bazelu približava se primeni u medicini i industriji. Umesto metalnih delova i elektronskih kola, ovi nanoroboti su konstruisani od biomolekula, polimera i magnetnih nanočestica, što im omogućava da se kreću, nose teret i ciljano deluju na živе ćelije.
Generation of multiplex nanorobot with dual-module architecture. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
Kako nanorobot funkcioniše
Sistem je modularan i sastoji se iz dva glavna dela: propulzionog modula koji sadrži magnetne čestice i omogućava upravljanje kretanjem pomoću spoljnog magnetnog polja, i kapsule za teret izgrađene od polimernih vezikula koje u sebi nose enzime ili terapeutske supstance.
Design and characterization of MPMs. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
Moduli se povezuju programabilnim vezama nalik molekularnom "čičku": na površine su pričvršćeni kratki DNK nizovi koji se međusobno prepoznaju i omogućavaju samosastavljanje u funkcionalnu jedinicu. DNK veza je dovoljno čvrsta da izdrži kretanje, ali se može i razdvojiti kada je potrebno za ponovnu upotrebu ili zamenu tereta.
Self-organization of a magnetic propulsion and a fluorescent extension module into a basic nanorobot mediated by DNA hybridization. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
Laboratorijski testovi i rezultati
U kontrolisanim laboratorijskim uslovima istraživači su upravljali nanorobotima i pratili ih pomoću fluorescentnih markera. Prosečna brzina kretanja iznosila je oko 3,5 mikrometara u sekundi. Kapsule su sadržale po nekoliko vezikula (u studiji su korišćene četiri vezikule napunjene enzimima) koje omogućavaju ulazak supstrata, enzimske reakcije i oslobađanje produkata nazad u okolinu.
Magnetic field-induced movement of basic nanorobots. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
U testovima na kulturi HeLa ćelija nanoroboti su ciljano prilepljivali za površinu ćelija zahvaljujući adhezivnim biomolekulima na kapsuli. Nakon uvođenja enzima koji u ćelijskoj okolini proizvode antikancerogeno jedinjenje, vitalnost ćelija pala je na oko 16% u roku od 72 sata, što ukazuje na efikasno lokalno delovanje u laboratorijskim uslovima.
Integrating magnetically controlled movement, imaging, and enzymatic activity by modular assembly of catalytic nanorobots. (CREDIT: Advanced Functional Materials)
Prednosti, mogućnosti ponovne upotrebe i primene
Zahvaljujući magnetnoj propulziji, nanoroboti se mogu prikupljati nakon upotrebe, razdvajati na module, dopunjavati novim teretom i ponovo sastavljati. To otvara mogućnosti za primenu u industrijskim procesima gde je važno kontrolisano izvođenje hemijskih reakcija, smanjenje otpada i višekratna upotreba materijala.
Modularni pristup omogućava brzu zamenu funkcionalnih jedinica i prilagođavanje različitim zadacima — od isporuke lekova i lokalne proizvodnje terapeutski aktivnih molekula do katalize i ciljanog prečišćavanja zagađivača u životnoj sredini.
Ograničenja i naredni koraci
Tehnologija je trenutno u ranoj fazi i testovi su sprovedeni in vitro.
Pre prelaska na primenu kod ljudi neophodna su dodatna istraživanja bezbednosti, biodistribucije, stabilnosti i efektivnosti u složenim biološkim okruženjima. Tim planira da proširi spektar tereta (različiti lekovi, enzimi i senzori) i istraži dugoročnu stabilnost i moguće imunološke reakcije.
Rad je objavljen u časopisu Advanced Functional Materials. Voditeljka studije je Cornelia Palivan, a prva autorka Voichita Mihali.
Zaključak
Modularni nanoroboti iz Bazela predstavljaju značajan korak u razvoju fleksibilnih, ciljano upravljanih sistema za medicinske i industrijske primene. Iako perspektivni, potrebne su opsežnije studije kako bi se procenila njihova bezbednost i efikasnost izvan laboratorijskog okruženja.
Pomozite nam da budemo bolji.
