Крихітні мікророботи з водоростей можуть змінити лікування раку легенів

Пухлини, які проникають у легені, або метастази в легенях становлять серйозну проблему в лікуванні раку. Звичайна хіміотерапія часто не дає результатів, оскільки вона неефективна. Він не націлюється безпосередньо на легені й не накопичується у достатньо високій концентрації, щоб знищити пухлини.

Я та мої колеги з лабораторії Wang та дослідницької групи Zhang з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго витратили останні п’ять років на розробку біогібридних мікророботів, крихітних об’єктів із природних і синтетичних матеріалів, які можна використовувати в медицині.

У нашому нещодавно опублікованому дослідженні ми створили біогібридного мікроробота на основі зелених мікроводоростей, який може доставляти хіміотерапію безпосередньо в легені та лікувати метастази в легенях.

Доставка ліків з водоростей

Синтетичні мікророботи зазвичай виготовляються з жорстких металевих або полімерних структур, які важко виготовити. Вони не мають доступу до певних органів і тканин і можуть бути токсичними для людини.

Мікроводорості долають ці проблеми. По-перше, мікроводорості можуть рухатися автономно, використовуючи схожий на волосок відросток, званий джгутиками, щоб просуватися через такі органи, як легені. Вони менш токсичні в порівнянні з іншими мікроорганізмами. Вони також дешевші та прості у виробництві.

Наш біогібридний мікроробот під назвою algae-NP(DOX)-robot поєднує мікроскопічні живі зелені мікроводорості Chlamydomonas reinhardtii, які зазвичай використовуються у фармацевтиці, з наночастинками, вкритими мембранами еритроцитів.

Клітинні мембрани діють як природний «камуфляж», щоб підвищити біосумісність мікроробота та запобігти його атакам з боку імунної системи пацієнта. Усередині наночастинок міститься поширений тип хіміотерапевтичного препарату під назвою доксорубіцин.

Ми випробували наших мікророботів на основі водоростей на мишах з метастазами в легенях. Вводячи цих мікророботів на основі водоростей через трахею, ми могли б транспортувати ліки безпосередньо в легені та мінімізувати побічні ефекти для інших органів.

Потрапляючи в легені, наш мікроробот на основі водоростей міг плавати і розподіляти ліки по легеневій тканині. Він також може уникнути руйнування імунними клітинами в легенях, дозволяючи препарату поступово вивільнятися з наночастинок.

Порівняно з наночастинками, наповненими вільними ліками та статичними наночастинками, які не можуть рухатися самостійно, наші біогібридні мікророботи накопичувалися у більших концентраціях і довше зберігалися в легенях.

Ефективніше надаючи хіміотерапію хворим легеневим тканинам, наші біогібридні мікророботи значно покращили терапевтичні результати, зменшивши пухлини легень і збільшивши виживаність мишей, які отримували лікування.

У мишей, яких лікували нашими мікророботами на основі водоростей, середній час виживання збільшився на 40%, збільшивши виживання з 27 до 37 днів. Імунні клітини з часом розщеплюють мікророботів на нетоксичні компоненти і повністю виводять їх з організму.

Біоінженерні методи лікування

Наші результати показують, що біогібридні мікророботи є потужним підходом до доставки ліків у легені для лікування легеневих захворювань. Раніше ми використовували нашу платформу мікророботів із зелених мікроводоростей для лікування гострої легеневої пневмонії. Зараз ми зосереджені на лікуванні інших складних захворювань, пов’язаних із легенями, таких як кістозний фіброз та ідіопатичний фіброз легень.

Ми також працюємо над створенням способу більш ефективної та неінвазивної доставки наших біогібридних мікророботів. Інтеграція додаткових стратегій контролю руху, таких як магнітне наведення або ультразвукове захоплення, може посилити накопичення ліків у певних цільових місцях тіла.

Мине деякий час, перш ніж наші біогібридні мікророботи з’являться в клініці. Але в цілому поєднання живих мікроводоростей з наночастинками, вкритими клітинною мембраною, для доставки ліків може допомогти закласти основу для лікування раку за допомогою біоінженерії.