Oamenii de ştiinţă au dezvoltat microroboţi care înoată prin organism pentru a livra medicamente împotriva cancerului.
În lupta neobosită împotriva cancerului, cercetătorii caută în mod constant modalităţi noi şi inovatoare de a administra tratamente care salvează vieţi, minimizând în acelaşi timp daunele colaterale asupra ţesuturilor sănătoase.
Unul dintre cele mai dificile aspecte ale terapiei împotriva cancerului este administrarea de medicamente la tumorile metastatice, care se pot răspândi departe de locul primar şi pot prinde rădăcini în zone greu accesibile ale corpului.
Acest lucru este valabil mai ales în cazul cancerului pulmonar, unde anatomia complexă şi structura delicată a plămânilor pot face ca administrarea ţintită a medicamentelor să fie o sarcină dificilă.
Intră în scenă roboţii din microalge, o nouă tehnologie inovatoare care combină puterea naturii cu precizia nanotehnologiei pentru a crea un sistem de administrare a medicamentelor fără egal.
Cercetătorii de la Universitatea San Diego din California (UC San Diego) au dezvoltat roboţi microscopici, cunoscuţi sub numele de microroboţi, capabili să înoate prin plămâni pentru a administra medicamente împotriva cancerului direct în tumorile metastatice.
Aceste mici maşini bio-hibride constau din microalge vii, organisme unicelulare cunoscute pentru capacitatea lor de a înota în fluidele biologice, asociate cu nanoparticule care luptă împotriva cancerului, încărcate cu medicamente de chimioterapie şi acoperite de un strat protector de membrane de globule roşii.
Potrivit detaliilor publicate miercuri în revista Science Advances, frumuseţea acestui sistem constă în eleganţa şi simplitatea sa.
Microalgele, o specie numită Chlamydomonas reinhardtii, servesc drept „motor" al robotului, propulsându-l prin spaţiile plămânilor umplute cu lichid cu ajutorul mişcării lor naturale de înot.
Nanoparticulele, realizate dintr-un polimer biodegradabil şi acoperite cu un strat de membrane de globule roşii, acţionează ca „cală de marfă", transportând doxorubicina (DOX), medicament chimioterapeutic, în condiţii de siguranţă, prin apărarea imunitară a organismului şi eliberând-o direct la locul unde se află tumorile metastatice.
Cu toate acestea, adevărata magie a roboţilor din microalge constă în capacitatea lor de a naviga pe terenul complex al plămânilor şi de a pătrunde adânc în ţesuturi, livrând încărcătura de combatere a cancerului chiar şi la cele mai greu accesibile tumori.
Acest lucru se datorează capacităţii înnăscute a microalgelor de a simţi şi de a reacţiona la mediul înconjurător, precum şi abilităţii lor extraordinare de a evita mecanismele naturale de apărare a plămânilor, cum ar fi macrofagele alveolare care, în mod normal, ar trebui să înghită şi să distrugă particulele străine.
Această abordare s-a dovedit a fi promiţătoare la şoareci, unde a inhibat creşterea şi răspândirea tumorilor care au făcut metastaze în plămâni, sporind astfel ratele de supravieţuire în comparaţie cu tratamentele de control.
Microroboţii sunt o combinaţie ingenioasă de biologie şi nanotehnologie, spun autorii.
Pentru a crea microroboţii, cercetătorii au ataşat chimic nanoparticule umplute cu medicamente pe suprafaţa celulelor de alge verzi.
Algele asigură mişcarea microroboţilor şi permit nanoparticulelor să înoate în mod eficient în plămâni şi să livreze încărcătura terapeutică către tumori.
Nanoparticulele sunt alcătuite din mici sfere de polimer biodegradabil, care sunt încărcate cu doxorubicina, un medicament chimioterapeutic, şi acoperite cu membrane de globule roşii.
Acest înveliş are o funcţie esenţială: protejează nanoparticulele de sistemul imunitar, permiţându-le să rămână în plămâni suficient de mult timp pentru a-şi exercita efectele antitumorale.
„Acţionează ca un camuflaj", a declarat Zhengxing Li, unul dintre autorii studiului, într-un comunicat al universităţii.
Acest înveliş face ca nanoparticula să arate ca globulele roşii din organism, astfel încât să nu declanşeze un răspuns imunitar.
Totodată, această formulă de alge purtătoare de nanoparticule este sigură, au precizat cercetătorii.
Materialele folosite pentru a fabrica nanoparticulele sunt biocompatibile, în timp ce algele verzi folosite, Chlamydomonas reinhardtii, sunt recunoscute de către Administraţia americană pentru Alimente şi Medicamente (FDA) ca fiind sigure pentru utilizare.
Acest studiu se bazează pe lucrările anterioare ale cercetătorilor, care au folosit microroboţi similari pentru a trata pneumonia mortală la şoareci.
„Sunt primii microroboţi care au fost testaţi în siguranţă în plămânii unor animale vii", a menţionat Joseph Wang, profesori în cadrul departamentului de inginerie chimică şi nanoinginerie din cadrul facultăţii politehnice a UC San Diego, care a lucrat la conceperea microroboţilor.
În lucrările anterioare, microroboţii au luptat împotriva răspândirii bacteriilor care cauzează pneumonie, în acest caz pentru nanoparticule fiind folosite o combinaţie diferită de medicament şi membrană celulară.
Prin ajustarea acestor componente, echipa a adaptat microroboţii pentru a combate răspândirea celulelor canceroase în plămâni.
„Demonstrăm că aceasta este o tehnologie de platformă care poate livra în mod activ şi eficient substanţe terapeutice în întregul ţesut pulmonar pentru a combate diferite tipuri de boli mortale în plămâni", a precizat Zhang.
În cadrul studiului actual, şoarecii cu melanom cu metastaze în plămâni au fost trataţi cu microroboţi, aadministraţi în plămâni printr-un mic tub introdus în trahee.
Şoarecii trataţi au înregistrat o durată medie de supravieţuire de 37 de zile, o îmbunătăţire faţă de durata medie de supravieţuire de 27 de zile observată la şoarecii netrataţi, precum şi la şoarecii care au primit fie medicamentul singur ca monoterapie, fie nanoparticule umplute cu medicamente fără alge.
„Mişcarea activă de înot a microroboţilor a îmbunătăţit semnificativ distribuţia medicamentului în ţesutul pulmonar profund, prelungind în acelaşi timp timpul de retenţie", a mprecizat Li.
Această distribuţie îmbunătăţită şi timpul de retenţie prelungit au permis reducerea dozei necesare de medicament, reducând potenţial efectele secundare, şi menţinând în acelaşi timp o eficacitate ridicată de supravieţuire, au explicat cercetătorii.
Echipa lucrează acum la avansarea acestui tratament cu microroboţi la teste pe animale mai mari, cu scopul final de a efectua teste clinice pe oameni.
Desigur, ca în cazul oricărei tehnologii noi, mai sunt încă multe de făcut înainte ca roboţii din microalgii să devină o parte standard a arsenalului de tratament al cancerului.
Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înţelege pe deplin mecanismele care stau la baza performanţei lor îmbunătăţite, precum şi pentru a le valida siguranţa şi eficacitatea în cadrul unor studii clinice pe oameni, dar primele rezultate sunt incredibil de promiţătoare, iar impactul potenţial asupra vieţii pacienţilor cu cancer nu poate fi supraestimat.
Pentru milioanele de pacienţi şi familii afectate de cancer în fiecare an, în condiţiile în care cancerul continuă să domnească drept una dintre principalele cauze de deces şi suferinţă, dezvoltarea de noi terapii precum roboţii din microalge oferă o rază de speranţă la orizont.
Prin valorificarea puterii naturii şi combinarea acesteia cu cercetarea ştiinţifică de ultimă oră, este posibil să ne aflăm în pragul unei noi ere în tratamentul cancerului, una în care chiar şi cele mai devastatoare forme ale bolii pot fi ţintite şi eliminate în mod eficient.
Foto: Imagine SEM colorată a unui microrobot format dintr-o celulă de algă (verde) îmbibată cu nanoparticule umplute cu medicamente (portocaliu), şi acoperit cu membrane de globule roşii. Bară de scară: 2 µm. Credit: Zhengxing Li, UC San Diego, iunie 2024
