Ingenjörer vid University of California San Diego har utvecklat små ultraljudsdrivna robotar som kan simma genom blod, ta bort skadliga bakterier tillsammans med de gifter de producerar. Dessa proof-of-concept nanoroboter kan en dag erbjuda ett säkert och effektivt sätt att avgifta och sanera biologiska vätskor.

Forskare byggde nanorobotarna genom att belägga guld nanotrådar med en hybrid av trombocyter och röda blodkroppsmembran. Denna hybridcellmembranbeläggning gör att nanorobotarna kan utföra två olika cellers uppgifter samtidigt - trombocyter, som binder patogener som MRSA-bakterier (en antibiotikaresistent stam av Staphylococcus aureus), och röda blodkroppar, som absorberar och neutraliserar de toxiner som produceras av dessa bakterier. Nanoroboternas guldkropp svarar på ultraljud, vilket ger dem möjlighet att simma runt snabbt utan kemiskt bränsle. Denna rörlighet hjälper nanorobotarna att effektivt blanda sig med sina mål (bakterier och gifter) i blodet och påskynda avgiftning.

Arbetet, publicerad 30 maj i Science Robotics , kombinerar teknik som utvecklats av Joseph Wang och Liangfang Zhang, professorer vid Institutionen för nanoteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wangs team utvecklade ultraljudsdrivna nanoroboter, och Zhangs team uppfann tekniken för att belägga nanopartiklar i naturliga cellmembran.

"Genom att integrera naturliga cellbeläggningar på syntetiska nanomaskiner, vi kan ge nya möjligheter till små robotar som att ta bort patogener och toxiner från kroppen och från andra matriser, "sa Wang." Detta är en proof-of-concept-plattform för olika terapeutiska och biodetoxifieringsapplikationer. "

"Tanken är att skapa multifunktionella nanoroboter som kan utföra så många olika uppgifter samtidigt, "sa medförfattaren Berta Esteban-Fernández de Ávila, en postdoktor i Wangs forskargrupp vid UC San Diego. "Att kombinera trombocyt- och röda blodkroppsmembran i varje nanorobot -beläggning är synergistiskt - trombocyter riktar sig mot bakterier, medan röda blodkroppar riktar sig mot och neutraliserar de toxiner som bakterierna producerar. "

Beläggningen skyddar också nanorobotarna från en process som kallas biofouling - när proteiner samlas på ytan av främmande föremål och hindrar dem från att fungera normalt.

Forskare skapade hybridbeläggningen genom att först separera hela membran från trombocyter och röda blodkroppar. De applicerade sedan högfrekventa ljudvågor för att smälta ihop membranen. Eftersom membranen togs från faktiska celler, de innehåller alla sina ursprungliga cellytproteinfunktioner. För att göra nanorobotarna, forskare belagde hybridmembranen på guld -nanotrådar med specifik ytkemi.

Nanorobotarna är cirka 25 gånger mindre än bredden på ett människohår. De kan resa upp till 35 mikrometer per sekund i blod när de drivs av ultraljud. I tester, forskare använde nanorobotarna för att behandla blodprov som är förorenade med MRSA och deras gifter. Efter fem minuter, dessa blodprover hade tre gånger färre bakterier och toxiner än obehandlade prover.

Arbetet är fortfarande i ett tidigt skede. Forskare noterar att det slutliga målet inte är att använda nanorobotarna specifikt för behandling av MRSA -infektioner, men mer allmänt för avgiftning av biologiska vätskor. Framtida arbete inkluderar tester på levande djur. Teamet arbetar också med att göra nanoroboter av biologiskt nedbrytbara material istället för guld.

Papperstitel:"Hybrid biomembran-funktionaliserade nanoroboter för samtidig avlägsnande av patogena bakterier och toxiner." Medförfattare inkluderar gemensamma första författare Pavimol Angsantikul och Doris. E Ramirez-Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian och Diana Dehaini, Yijie Chen, alla vid UC San Diego.