Назовите это еще одним случаем, когда научная фантастика становится научным фактом. Исследователи давно мечтали о разработке крошечных роботов, которые могли бы бродить внутри нашего тела, доставлять лекарства с беспрецедентной точностью, а также выслеживать и уничтожать раковые клетки.

Мы еще не там, но мы приближаемся. В прошлом месяце ученые из Национального центра нанонауки и технологий Китая (NCNT) и Университета штата Аризона заявили, что они разработали роботов размером несколько сотен нанометров — 25 миллионов нанометров в дюйме — и когда они ввели их в кровь мышей, Нанороботы в крови могут уменьшить раковые опухоли , блокируя их кровоснабжение.

Нанороботы были сделаны из листов ДНК, свернутых в пробирки, содержащие свертывающий кровь препарат. Снаружи исследователи поместили небольшую молекулу ДНК, которая связывается с белком, обнаруженным только в опухолях. Когда боты достигли опухолей, эта молекула присоединялась к белку, запуская пробирку ДНК, чтобы развернуть и выпустить лекарство.

Большинство лекарств от рака обычно имеют неприятные побочные эффекты, потому что они не могут отличить раковые клетки от здоровых. Исследователи показали, что нанороботы нацелены только на опухоли и не вызывают сгущение в других частях тела. Они говорят, что нанороботы будущего предлагают многообещающее лечение рака без побочных эффектов.

Такое устройство очень отличается от ботов человеческого масштаба, которые строят наши машины и пылесосят наши полы. Но Гуанджун Не, один из профессоров NCNT, который разработал нанороботов, указывает, что они способны чувствовать окружающую среду, ориентироваться и выполнять механические задачи, как большие роботы.

Исследователи работают с биотехнологической фирмой для коммерциализации наноботов, борющихся с раком . И Не говорит, что это всего лишь вкус того, что могут сделать нанороботы ДНК.

«То, что мы называем нанороботами, — это следующее поколение наномедицины. Медицинские нанороботы способные иметь лучший контроль и могут заставить работать клетки как машина», — говорит он. «В будущем мы продемонстрируем еще больше сценариев для наших нанороботов от мониторинга заболеваний до обнаружения повреждений тканей, лечения рака и, возможно, даже обнаружения и разрушения бляшек в наших кровеносных сосудах».

Классификация наноботов в медицинской промышленности.

По словам Роберта А. Фрейтаса-младшего, который был пионером в изучении и распространении преимуществ, которые можно получить от передовой наноробототехники и биотехнологии, нанороботы были разделены на три типа — респироциты, микробиворы и клоттоциты.

Эти нанороботы предназначены для работы в качествеискусственных механических красных кровяных телец.Его характеристики: сферическаякровоточащая формадиаметром 1 микрометр ; он состоит из алмазоидного резервуара под давлением 1000 атм, внешнего кожуха;и он имеет обратимые насосы, избирательные по молекулам. Это искусственные белые кровяные тельца, также известные как нанороботические фагоциты. Microbivores — это сфероидное устройство, которое состоит из алмаза и сапфира иимеет диаметр 3,4 микрометрапо большой оси и 2,0 микрометрапо малой оси. Нанобот состоит из 610 миллиардоврасположенных внутри него структурных атомов. Их описывают как искусственные механические тромбоциты, предназначенные для гемостаза.

Клоттоциты имеют сферическую форму и питаются сывороткой экзиглюкозы. Наноробот имеет диаметроколо 2 микрометрови содержит аккуратно сложенную внутри волоконную сетку.

Наноботы: примеры использования в сфере здравоохранения.

Наномиты используются в случае доставки лекарств по кровяносной системе. Они специально разработаны для транспортировки лекарств под названием Pharmacytes. Дозировка лекарства будет загружена в полезную нагрузку Pharmacyte, и они могут транспортировать и точно нацеливать лекарство на определенные клеточные точки. Наноботы могут использоваться для наблюдения за телом, где жизненно важные органы пациента могут постоянно контролироваться.

Роботы для чистки зубов созданы для стоматологического лечения, которые могут помочь вызвать оральную анальгезию, уменьшить чувствительность зубов, манипулировать тканями. Помимо этого, такие наномашины можно также использовать для выравнивания и выпрямления неправильных наборов зубов.

Когда дело доходит до хирургии, нанобот — это программа, позволяющая хирургу самостоятельно работать на месте внутри тела. Многочисленные функции наноботов также включают обнаружение патологий, диагностику и исправление повреждений. Нанороботы, сделанные из смеси полимеров, способны обнаруживать опухолевые онкологические клетки. В трансферрин встроены химические биосенсоры, которые в основном используются для обнаружения опухолей.

Что касается диагностики и лечения диабета, наноботы используют хемосенсор, в котором они могут модулировать активность сенсора глюкозы белка hSGLT3. Наноботы также могут помочь в деликатных операциях, поскольку они могут обеспечить лучший доступ к необходимой области. Они могут даже превзойти врачей с их непревзойденной точностью хирургических операций. Медицинские наномиты могут лечить генетические заболевания путем анализа молекулярного состава ДНК и белков, обнаруженных в клетке. Что еще более важно, с помощью хромаллоцитов он также может выполнять заместительную хромосомную терапию.

Нанороботы в медицине

Идея создания крошечных роботов для борьбы с болезнями внутри человеческого тела прослеживается, по крайней мере, еще в 1966 году, когда был выпущен фильм «Фантастическое путешествие», в котором подводная лодка и ее команда были сокращены и введены в тело ученого для удалить опасный сгусток крови.

В реальной жизни, конечно, не так просто сжать машины, тем более людей. Компьютерные чипы, электродвигатели и батареи обычно слишком громоздки для работы в кровеносных сосудах или между клетками.

Но возможность доступа к труднодоступным областям нашего тела может иметь серьезные последствия для медицины, поэтому ученые пытаются найти способы питания и контроля ботов внутри тела.

Например, их нельзя использовать в сердце из-за высокой скорости кровотока, который может мгновенно смыть роботов нанитов.

Наряду с повышением эффективности и уменьшением побочных эффектов сильнодействующих лекарств , нанороботы, слоняющиеся в нашем кровотоке, могут действовать как системы раннего оповещения о болезнях. А крошечные беспроводные хирургические инструменты могут позволить врачам выполнять медицинские процедуры, не разрезая людей.

Медицинские нанороботы — микрохирурги

Эрик Диллер, доцент кафедры машиностроения в университете Торонто в Канаде, работает над этой последней проблемой. Он разрабатывает роботов размером чуть меньше миллиметра, которые построены из упругих полимеров, наполненных магнитными частицами, которые можно протащить через жидкости и запустить, чтобы схватить объекты.

Эти крошечные боты управляются точными магнитными полями, генерируемыми рядом электромагнитов. По словам Диллера, роботы в конечном итоге могут быть использованы для сбора биопсии тканей или для переноса капсул с лекарствами внутрь организма.

Его лаборатория еще не тестировала устройства на животных, но исследователи из ETH Zurich, Швейцария, уже протестировали подобного микробота с магнитным наведением в глазу кролика , используя его для прокалывания кровеносного сосуда игольчатым наконечником. По словам Диллера, конечная цель — создать набор беспроводных хирургических инструментов.

«Вместо того, чтобы иметь открытый участок раны, мы хотели бы иметь возможность вводить хирургические инструменты, — говорит он. — Мы могли бы проводить неинвазивные, а не только минимально инвазивные процедуры без наружных порезов и без осложнений, возникающих в результате операции». »

Роботизированная медицина

Вероятно, наиболее разработанный и универсальный подход к микроскопическим медицинским роботам использует так называемые «наномоторы» и «микромоторы». Это крошечные частицы, трубки или провода, сделанные из таких материалов, как золото, магний и углерод. Они либо движутся, используя топливо, содержащееся в организме, например, желудочную кислоту или воду, либо тянутся или толкаются магнитными полями или ультразвуковыми волнами.

Исследователи показали, что эти устройства могут точно перемещаться к участкам заболевания и даже могут проникать глубоко в больную ткань для более эффективной доставки лекарств . В сочетании с биосенсорами, такими как ферменты или антитела, они могут создавать гораздо более чувствительные способы обнаружения химических сигналов заболевания, потому что их движение означает, что они сталкиваются с другими молекулами чаще.

По тому же принципу, объединяя их с наностержнями, которые поглощают токсины, могут когда-нибудь создать крошечных роботов, которые эффективно уничтожают вредные вещества в организме.

Доктор Джозеф Ван, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего, является одним из пионеров в этой области. В августе прошлого года его лаборатория продемонстрировала, что микромоторы, загруженные антибиотиками и питающиеся желудочной кислотой, могут лечить желудочные инфекции у мышей более эффективно, чем сам препарат.

«Мы просто сбрасываем моторы в желудок, и они просто плавают автономно», — сказал он. «Это как принимать таблетку и забывать об этом».

Природные нанороботы

Между тем, другие исследователи ищут способы использовать и перенаправить действия собственных крошечных машин природы.

В декабре группа из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Германии загрузила сперматозоиды противораковыми препаратами и оснастила их крошечными магнитными жгутами. Хвосты сперматозоидов обеспечивали движение, но ремни позволяют исследователям направлять их с помощью магнитного поля к опухолям мини-рака шейки матки, которые были выращены в чашке Петри. Они убили 87 процентов клеток опухоли в течение трех дней.

А в 2016 году команда из Политехнического Монреаля в Канаде похитила бактерии, которые естественным образом плавают вдоль линий магнитного поля , загружая их противораковыми препаратами и используя искусственные магнитные поля, чтобы направить их на опухоли у мышей.

В конце концов, Диллер говорит, что создание роботов с нуля даст нам гораздо больший контроль над их функциональностью. Но мы все еще далеки от того, чтобы имитировать природные инновации, поэтому на данный момент эти биогибридные подходы являются разумной идеей.

«На данный момент существует веский аргумент в пользу использования этих организмов, которые уже функционируют, и попыток изменить их, чтобы они соответствовали нашей цели», — говорит он. «Они обладают гораздо большей функциональностью, чем устройства, которые мы можем создать сегодня».

Наниты-роботы вводятся в кровь при помощи лазера

Каждый робот — это, по сути, компьютер, который может двигаться. Это верно от самых больших летательных аппаратов размером с самолет до самых маленьких из управляемых наномашин, достаточно малых, чтобы когда-нибудь даже перемещаться по кровеносным сосудам.

Новое исследование показывает, что можно сделать роботов длиной всего в один микрон. При питании от лазеров эти крошечные машины могут двигаться, и когда-нибудь они могут спасти жизни в операционных или даже, возможно, на поле боя.

Этот проект, частично финансируемый Управлением армейских исследований и Управлением научных исследований ВВС США, продемонстрировал, что, адаптировав принципы оригами, роботов с наноразмерными ногами можно печатать и затем направлять.«Хотя эти роботы примитивны по своим функциям — они не очень быстрые, у них не так много вычислительных возможностей, — инновации, которые мы сделали, чтобы сделать их совместимыми со стандартным производством микрочипов, открывают дверь, чтобы сделать этих микроскопических роботов умными. , быстрое и массовое производство », — сказал Корнелл Хроникл Итаи Коэн, профессор физики Корнельского университета .

Также существует вероятность того, что, учитывая небольшой размер роботов, они могут быть включены в первую помощь на поле боя. Представьте себе, если бы в повязку были встроены роботы, которые могли бы зашивать закрытые раны изнутри под воздействием света.

Не исключено, что будущее может даже увидеть множество специальных роботов, которые будут перевозить и применять для немедленного лечения ряда боевых травм.

На данный момент нанороботы — это инновация в производстве, которая обещает успех в медицине.