Un "milirobot biodegradabil" a fost dezvoltat cu succes de o echipă condusă de un savant de la City University din Hong Kong. Fibot, cum a fost botezat, se poate deplasa în anumite zone din intestin unde se poate degrada ca răspuns la pH-ul din mediul intestinal, eliberând astfel medicamentele în punctele vizate de specialişti.
Eliberarea ţintită a medicamentelor la locul dorit este dificil de realizat în tractul gastro-intestinal din cauza mediului acid/alcaliu al stomacului şi intestinelor, precum şi a suprafeţei aspre a peretelui gastric şi a peristaltismului intestinal.
Cu toate acestea, echipa de cercetare condusă de dr. Shen Yajing, profesor asociat în cadrul departamentului de inginerie biomedicală (BME) la CityU a depăşit toate aceste obstacole.
Fibot se poate deplasa şi fixa în intestine, fiind condus de un câmp magnetic extern
„Am numit acest millirobot flexibil, din nanofibre, Fibot. El poate fi „ancorat“ (fixat) controlat şi este complet degradabil ca răspuns la pH-ul din mediul înconjurător.
Fibot poate elibera astfel treptat diverse medicamente încorporate în corpul şi picioarele sale în tractul gastro-intestinal“, a declarat dr. Shen la prezentarea realizărilor echipei de cercetare.
Condus de un câmp magnetic extern, Fibot, care are mai multe picioare, se poate deplasa eficient în mediul complicat al tractului gastro-intestinal şi se poate „ancora“ pe peretele intestinal prin aplicarea unui câmp magnetic puternic.
„Ancorat“ înseamnă că Fibot poate rămâne într-o poziţie fixă după ce a fost transportat la locul dorit din interiorul intestinului, fără a fi mişcat de peristaltism.
Experimentele in vivo au demonstrat că Fibot se poate degrada complet în patru ore
„Picioarele lui Fibot pot penetra mucoasa intestinului, ceea ce îi permite să se ancoreze în poziţia dorită în intestin fără să fie afectat de peristaltism. Asta este o condiţie prealabilă pentru eliberarea de medicamente într-o anumită poziţie vizată“ a explicat dr. Shen.
"De asemenea, cu un control precis al câmpului magnetic, picioarele lui Fibot nu ajung în straturile din submucoasă sau muscularis externa ale tractului gastro-intestinal, evitându-se astfel, în mod eficient, un posibil risc de perforare a intestinului", a completat cercetătorul.
Echipa a efectuat diverse experimente cu Fibot. Ei au descoperit că, acţionat de forţa magnetică, Fibot s-a mişcat 7 cm în 10 secunde în stomacul unui porc, care este un mediu accidentat, umed şi acid, având un pH de 5. Acest lucru a demonstrat capacitatea de locomoţie a milirobotului Fibot în stomac.
De asemenea, echipa a efectuat un experiment in vivo cu Fibot, în intestinul unui iepure. Când Fibot a ajuns în regiunea vizată din intestin, echipa a aplicat un câmp magnetic mai puternic pentru a-l ancora în ţesutul intestinal. Fibot a rămas în poziţia vizată de specialişti timp de patru unde s-a degradat complet.
Capacitatea de degradare diferită a materialelor folosite, în funcţie de pH, permite eliberarea controlată a medicamentelor
O altă caracteristică a lui Fibot este capacitatea sa de a elibera medicamente. Echipa a folosit diferite materiale biodegradabile la fabricarea sa.
Savanţii au construit separat corpul, dintr-o membrană moale, pe bază de nanofibre, şi matricea cu mai multe picioare, pe care apoi le-au asamblat împreună folosind o metodă de electrofilare asistată de câmp magnetic.
Structura specială a nanofibrelor utilizate la realizarea corpului robotului permite încapsularea medicamentelor în această carcasă. La fabricarea picioarelor, asemănătoare unor ace, echipa a ajustat componentele materialului şi a plasat medicamentele în interiorul acestora.
„Întrucât am ajustat materialele în timpul fabricării, corpul şi picioarele lui Fibot se pot degrada la diferite valori ale pH-ului, permiţându-ne să controlăm eliberarea treptată a diferitelor medicamente încapsulate în corpul şi picioarele sale“, a mai precizat dr. Shen.
Experimentele arată că într-un mediu acid precum cel din stomac, unde pH-ul este mai mic sau egal cu 5, structura lui Fibot a rămas stabilă şi nu a prezentat scăpări ale medicamentelor încapsulate.
Când Fibot se află într-un mediu cu un pH mai mare sau egal cu 5.5, corpul său rămâne intact, dar picioarele se dizolvă încet şi eliberează treptat medicamentul încorporat, într-un timp aproximativ de 40 de minute.
Corpul rămas poate fi apoi transportat cu ajutorul forţei magnetice. Într-un mediu cu un pH mai mare de 6, corpul rămas se degradează complet în şapte ore şi eliberează în organism un alt tip de medicament.
Fibot este complet biocompatibil şi sigur pentru utilizare biomedicală
„Experimentele in vivo au dovedit că Fibot este complet biocompatibil şi biodegradabil, deci nu va provoca obstrucţii în intestin. Ancorarea acestuia în ţesutul intestinal nu a creat nicio reacţie inflamatorie, deci credem că Fibot este sigur pentru utilizare biomedicală“, a mai adăugat dr. Shen.
Fibot oferă informaţii cu privire la modul de funcţionare al milliroboţilor biodegradabili care pot elibera medicamentele treptat, în diferite locuri fixe din organism.
Constatările au potenţial de utilizare în viitoarele tratamente biomedicale, cum ar fi livrarea medicamentelor şi eliberarea programată în anumite regiuni vizate, precum şi în livrarea macromoleculelor în intestin pentru anumite aplicaţii clinice.
Concluziile cercetătorilor au fost publicate în revista academică Matter.
