Ученым удалось успешно ввести микробота через носовые пути в мозг мыши. Если подобную методику удастся реализовать на человеке, это станет революционным шагом в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями, позволяя врачам доставлять лекарства непосредственно в мозг.

Ex vivo вживление флуоресцентных Cellbots (зеленый цвет) в органоид микромозга

 

Исследовательская группа под руководством DGIST (Научно-технологический институт Тэгу-Гёнбук в Южной Корее) создала микроробота, который управляется магнитным полем и может перемещаться внутри организма человека. В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, описывается, как ученые изготовили микроробота, которого назвали Cellbot, намагнитив стволовые клетки, извлеченные из носовой полости человека. Далее они заставили микророботов перемещаться по сосудам и артериям подопытного животного.  В заявлении DGIST говорится: "Этот подход имеет большой потенциал для эффективного лечения заболеваний центральной нервной системы с использованием малоинвазивных процедур".

Создание интраназального микроробота

От заболеваний головного мозга страдают десятки миллионов людей во всем мире, причем, по оценкам экспертов, на сегодняшний день  только болезнью Альцгеймера по самым скромным подсчетам страдают более пятидесяти миллионов человек. Каждые семь секунд в мире диагностируется новый случай старческого слабоумия. К сожалению, для многих из подобных заболеваний, них не существует лекарства. Вместе с тем, большая часть исследований в этой области сосредоточена на терапии стволовыми клетками.

Такие методы лечения основаны на использовании особых клеток, которые могут трансформироваться в другие типы тканей. А тот факт, что они могут восстанавливать структуры организма, поврежденные болезнью или агрессивными методами лечения, например химиотерапией, делает их идеальными для использования в регенеративной медицине. Однако при использовании этого вида терапии могут возникнуть проблемы, поскольку гематоэнцефалический барьер (система сосудов, снабжающая кровью центральную нервную систему) тщательно регулирует молекулы, поступающие в мозг и выходящие из него. Эта нейронная граница препятствует проникновению большинства терапевтических препаратов без применения хирургического вмешательства с высокой степенью риска.

Инкубатор для клеточных культур и система с электромагнитной катушкой, позволяющая генерировать магнитное поле для перемещения клеточных ботов.

 

Возможно, нынешнее исследование наконец-то позволило найти решение этой проблемы. 

Специалисты Института объясняют, что их Cellbot состоит из человеческих стволовых клеток, собранных из структур носовой полости, известных как турбинаты, которые затем вымачивают в растворе, содержащем наночастицы железа. Металлические частицы, невидимые для человеческого глаза, взаимодействуют (связываются) со стволовыми клетками, намагничивая их, что позволяет с помощью внешнего магнитного поля приводить Cellbot в движение. Измерив намагниченность микроботов, специалисты провели серию тестов для проверки их подвижности и регенеративных свойств.

Полоса препятствий для микроботов

В первом испытании с использованием микрофлюидных потоков ученые построили для биороботов сложный маршрут вокруг крошечных столбиков, толщиной  с человеческий волос, помещенных в микроскопические каналы и заполненных вязкой жидкостью. Таким образом, было продемонстрировано, что Cellbots могут преодолевать препятствия в замкнутых пространствах, как это происходит при введении их в нос.

Затем эксперты изучили безопасность использования Cellbots в качестве терапевтического средства из-за содержащихся в них частиц железа. В лаборатории были выращены микроорганоиды мозга, и Cellbots успешно привились к ним так же, как и стволовые клетки. Эти результаты позволили предположить, что Cellbots могут трансформироваться в нейронные клетки и способствовать регенерации поврежденных тканей мозга, подобно исходным аналогам. 

В итоге с помощью внешнего магнитного поля рой биороботов Cellbots через носовой канал был доставлен в заданную область мозга мыши. Биороботы помеченные флуоресцентным маркером успешно преодолели гематоэнцефалический барьер, и попав в лобную долю коры головного мозга животного, были успешно распознаны и интегрированы нервной системой.

Фото. Профессор  Чой, Хонсу (слева) и доктор Чон, Сонун (справа) из Robotics Engineering, DGIST

 

Новая надежда в терапии трудноизлечимых заболеваний мозга

В своем официальном пресс-релизе авторы исследования делают вывод, что микроботов Cellbots можно с успехом вводить назально и направлять в целевую область мозга. Данное исследование представляет собой перспективный подход для борьбы с  не поддающимися лечению заболеваниями центральной нервной системы.

Профессор Чой, главный исследователь DGIST, заключил: "Данное исследование позволило преодолеть ограничения в доставке терапевтических агентов в ткани мозга, связанных с наличием гематоэнцефалического барьера". Он добавил: "Это открывает новые возможности для тепрапии различных трудноизлечимых неврологических заболеваний, таких как  опухоли головного мозга, болезни Альцгеймера и Паркинсона, обеспечивая точную и безопасную адресную доставку стволовых клеток за счет перемещения микроробота под воздействием магнитного поля по интраназальному пути".

Это далеко не первая попытка учёных разработать лекарства от тяжелых нейродегенеративных заболеваний мозга. Американские ученые из штата Массачусетс, США также планируют начать первую фазу клинических испытаний назальной вакцины, созданной для предотвращения или замедления прогрессирования болезни Альцгеймера. Нейробиологи из Великобритании и Германии разработали экспериментальную вакцину от болезни Альцгеймера. Учёные из университета Бата тестируют экспериментальное средство от болезни Паркинсона в виде специально сконструированного пептида.