Гибридный микроробот, способный ориентироваться в физиологической среде, целенаправленно захватывать поврежденные клетки.
Исследователи из Тель-Авивского университета разработали гибридного микроробота размером с одну биологическую клетку (около 10 микрон в поперечнике), которым можно управлять и перемещаться с помощью двух разных механизмов — электрического и магнитного. Микроробот способен перемещаться между разными клетками в биологическом образце, различать разные типы клеток, определять, здоровы они или умирают, а затем транспортировать нужную клетку для дальнейшего изучения, например генетического анализа.
Микроробот также может трансфицировать лекарство и/или ген в захваченную целевую единственную клетку. По словам исследователей, разработка может способствовать продвижению исследований в важной области анализа одиночных клеток, а также найти применение в медицинской диагностике, транспортировке и скрининге лекарств, хирургии и защите окружающей среды.
Инновационная технология была разработана профессором Гиладом Йосифоном из Школы машиностроения и факультета биомедицинской инженерии Тель-Авивского университета и его командой: исследователем с докторской степенью доктором Юэ Ву и студентом Сиваном Яковым в сотрудничестве с доктором Афу Фу, Постдокторант из Техниона, Израильский технологический институт. Исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.
Профессор Гилад Йоссифон поясняет, что микророботы (иногда называемые микромоторами или активными частицами ) представляют собой мельчайшие синтетические частицы размером с биологическую клетку, которые могут перемещаться с места на место и выполнять различные действия (например: сбор синтетических или биологических груза) автономно или под внешним управлением оператора.
По словам профессора Йоссифона, «разработка способности микророботов двигаться автономно была вдохновлена биологическими микроплавающими, такими как бактерии и сперматозоиды . Это инновационная область исследований, которая быстро развивается, с широким спектром применения в таких областях, как медицина и окружающая среда , а также в качестве исследовательского инструмента».
В качестве демонстрации возможностей микроробота исследователи использовали его для захвата отдельных кровяных и раковых клеток и одной бактерии и показали, что он способен различать клетки с разным уровнем жизнеспособности, такие как здоровая клетка, клетка, поврежденная лекарством, или клетка, умирающая или умирающая в естественном процессе «самоубийства» (такое различие может быть существенным, например, при разработке противораковых препаратов).
После идентификации нужной клетки микроробот захватывал ее и перемещал клетку туда, где ее можно было проанализировать. Еще одним важным нововведением является способность микроробота идентифицировать клетки-мишени, которые не помечены — микроробот определяет тип клетки и ее состояние (например, степень здоровья) с помощью встроенного сенсорного механизма, основанного на анализе клеток.
Профессор Йосифон заявляет: «Наша новая разработка значительно продвигает технологию в двух основных аспектах: гибридное движение и навигация с помощью двух разных механизмов — электрического и магнитного. Кроме того, микроробот обладает улучшенной способностью идентифицировать и захватывать одну клетку, без необходимости маркировки для локального тестирования или извлечения и транспортировки на внешний инструмент.Это исследование было проведено на биологических образцах в лаборатории для анализов in vitro, но в будущем планируется разработать микророботов, которые также будут работать внутри организма — например, как эффективные носители лекарств, которые можно точно направить на цель».
Исследователи объясняют, что гибридный двигательный механизм микроробота имеет особое значение в физиологических условиях, таких как жидкие биоптаты. « Микророботы , которые до сих пор работали на основе электрического направляющего механизма, были неэффективны в определенных средах, характеризующихся относительно высокой электропроводностью, например, в физиологической среде, где электрический привод менее эффективен. Вот где дополнительный магнитный механизм вступают в игру, что очень эффективно независимо от электропроводности окружающей среды».
Профессор Йоссифон заключает: «В ходе нашего исследования мы разработали инновационного микроробота с важными возможностями, которые вносят значительный вклад в эту область: гибридное движение и навигация с помощью комбинации электрических и магнитных полей, а также способность идентифицировать, захватывать, и транспортировать одну клетку с места на место в физиологической среде Эти возможности важны для самых разных приложений, а также для исследований.
«Среди прочего технология будет поддерживать следующие направления: медицинская диагностика на уровне отдельных клеток, введение лекарств или генов в клетки, генетическое редактирование, доставка лекарств к месту назначения внутри организма, очистка окружающей среды от загрязняющих частиц, разработка лекарств , и создание «лаборатории на частице» — микроскопической лаборатории, предназначенной для проведения диагностики в местах, доступных только для микрочастиц».
