Представьте, что пациенту вводят микроскопических роботов, которых затем можно направлять в определенное место в организме, куда они доставляют лекарства или стволовые клетки для лечения. На самом деле, эта технология не за горами. Исследователи разрабатывают несколько типов миниатюрных медицинских роботов, и некоторые из них успешно используются на животных.
Простейшая форма таких микроботов представляет собой крошечную сферу, которая содержит магнитные наночастицы и имеет наноразмерную структурированную поверхность. Поверхность позволяет стволовым клеткам связываться, чтобы их можно было доставить в нужное место. Движение микроботов контролируется внешним магнитным полем, воздействующим на наночастицы. По сути, они представляют собой систему доставки, и когда их задача выполнена, они поддаются биологическому разложению, поэтому разрушаются и выводятся из организма обычными механизмами. Микроботы также могут быть сконструированы таким образом, чтобы в них вводились лекарства для доставки к цели.
Существует множество применений этой технологии. Одним из очевидных способов является воздействие на опухоли. Эффективность противораковых препаратов часто ограничена их токсичностью, но если их можно доставить непосредственно к опухоли, то они становятся более эффективными и менее токсичными для здоровых тканей. Стволовые клетки также могут быть доставлены в организм, и они также могут быть сконструированы для уничтожения раковых клеток. Они также могут быть сконструированы для выработки гормонов или химических веществ, или они могут поддерживать другие клетки, или даже выполнять свои функции самостоятельно.
Другие микроботы могут быть самодвижущимися, в том числе: “специально разработанные подвижные бактерии и микродвигатели с крошечными пузырьками для создания гибридных сперматозоидов”. Другой подход заключается в объединении клеток водорослей и наночастиц для создания микробота, который может плавать вокруг определенных органов, таких как легкие. Это было протестировано при лечении пневмонии у мышей, и микроботы смогли плавать и уничтожать заражающие бактерии.
Одним из ограничивающих факторов этой технологии является то, что производство микроботов может занять много времени, но мы наблюдаем прогресс и в этом направлении. Микроботы с магнитными наночастицами в настоящее время создаются методом двухфотонной литографии, который является медленным процессом и часто осложняется присутствием наночастиц, которые могут блокировать лазеры, используемые для формирования роботов из смолы. Однако одна команда исследователей, возможно, решила эту проблему, “поместив на микрожидкостный чип смесь магнитных наночастиц и биоразлагаемого метакрилата желатина, который может отверждаться под воздействием света”. С помощью этого метода они могут создавать микроботов в 10 000 раз быстрее, со скоростью около 100 в минуту.
Мы наблюдаем устойчивое и быстрое развитие этой технологии по нескольким направлениям, и прогресс в этой области очевиден. На разработку сложных технологий, подобных этой, всегда требуется больше времени, чем кажется на данном этапе, но вполне вероятно, что через 10-20 лет мы увидим значительное применение в медицине. В чем заключается максимальный потенциал этой технологии?
“Низко висящие плоды” – это уже рассмотренные области применения, в которых микроботы используются в качестве систем доставки лекарств и стволовых клеток. Сами стволовые клетки могут выполнять множество функций и, следовательно, иметь множество применений. Микроботы также могут быть использованы для прямого воздействия на раковые клетки и проникающие бактерии и, возможно, даже вирусы и уничтожения их. Это приложение, по сути, превращает их в искусственную иммунную систему, которая может быть предварительно нацелена на борьбу с конкретным видом рака или инфекцией, а затем введена больному пациенту.
По мере развития технологий я могу представить себе более сложные функции. Микроботы могут быть сконструированы так, чтобы передвигаться по внутренней поверхности кровеносных сосудов, удаляя холестерин и предотвращая или обращая вспять атеросклеротические заболевания. Пока они достаточно малы, чтобы проходить через капилляры, они не должны вызывать проблем со свертываемостью, но, конечно, это является основной проблемой безопасности, которую необходимо изучить.
В диагностических целях микророботы могли бы брать пробы окружающей среды внутри определенных тканей и каким-либо образом указывать на это. Возможно, они загораются, когда сталкиваются с раковыми клетками, и это можно уловить при визуализации. Мы уже используем крошечные камеры в системе желудочно-кишечного тракта, но еще меньшая оптика, подключенная к микроботам, может отображать другие ткани, например, посылая один снимок с помощью радиоволн. Это могло бы послужить в качестве минимально инвазивной биопсии.
Однако, я думаю, святым граалем для медицинских микроботов было бы прямое восстановление тканей. Возможно, микроботы могли бы быть оснащены наконечником, который может нагреваться на короткое время, достаточное для прижигания кровоточащего кровеносного сосуда. Они могли бы каким-то образом “сшивать” ткани. Восстановлению не подлежит фактическая регенерация, но для этого, вероятно, потребуется “прочесать” микроботов стволовыми клетками. Мы надеемся, что технологии микроботов и стволовых клеток будут развиваться вместе в этих областях применения.
Помимо очевидных областей применения, детали предсказать становится все труднее. Трудно воспроизвести ум и креативность тысяч экспертов в ближайшие десятилетия. Надеюсь, люди поумнее меня придумают какие-нибудь “убойные приложения” для этой технологии, о которых я не подумал. В любом случае, это определенно технология, за которой стоит следить.
