Группа исследователей из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса предполагает, что рой крошечных, способных менять форму цельнометаллических роботов в будущем сможет доставлять лекарства, безболезненно брать образцы для биопсии, а затем растворяться в организме, не требуя извлечения.
В ходе лабораторных испытаний на мышах эти микророботы продемонстрировали отличное сочетание прочности и безопасности.
«Существующие биоразлагаемые микророботы изготавливаются из таких материалов, как полимеры или гидрогели, которые расщепляются в организме. Однако им не хватает прочности и жесткости. Наши цельнометаллические микророботы способны проникать в ткани и делать надрезы, при этом не оставляя никаких следов после выполнения своей задачи», — пояснили исследователи.
В будущем использование таких микророботов может заменить традиционные, дискомфортные и инвазивные эндоскопические процедуры: пациентам нужно будет лишь проглотить капсулу с этими устройствами. Ученые объяснили, что тысячи микророботов, помещенных в капсулу, смогут перемещаться по организму. Достигнув пункта назначения, заранее запрограммированные устройства изменят свою форму, превратившись в миниатюрные захваты для сбора образцов тканей в тех участках, доступ к которым при использовании традиционных методов затруднен.
Эти микророботы также могут трансформироваться в микроинъекторы для доставки лекарств. Они способны стать альтернативой обычным уколам или внутривенным вливаниям при введении таких биологических препаратов, как ингибиторы фактора некроза опухоли (ФНО) и препараты на основе глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1).
Исследователи предполагают, что внедрение микророботов под слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта или их точечная доставка в определенные участки тела — вместо системного распределения препарата — может значительно улучшить усвоение лекарств. Кроме того, это может избавить пациентов от необходимости частых инъекций и визитов в клинику для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, включая воспалительные заболевания кишечника, кровотечения и рак.
Ученые добавили, что, изменяя толщину металлических слоев микророботов, можно контролировать натяжение между этими слоями и то, как они складываются в двухмерные и трехмерные формы.
«Варьирование толщины слоев и использование дополнительных материалов определяют, сколько времени металлы прослужат до начала биоразложения, — добавили исследователи. — В зависимости от области применения мы можем контролировать скорость распада в диапазоне от нескольких минут до нескольких месяцев».
В лабораторных условиях ученые продемонстрировали способность микророботов проникать во внутреннюю оболочку кишечника мышей для потенциальной доставки лекарств в желудочно-кишечный тракт. Исследователи также показали, что устройства могут трансформироваться в соответствии с заданной программой и вводить свои наконечники в слой ткани прямо под поверхностью кишечника без проколов и других повреждений.
Для создания этой новой версии более прочных микророботов команда разработала безжидкостный процесс производства устройств из водорастворимых металлов и оксидов металлов, что и обеспечивает им биоразлагаемые свойства. В этом процессе используется крошечное количество металла — всего несколько микрограммов.