Små biohybridrobotar på mikrometerskalan kan simma genom kroppen och leverera läkemedel till tumörer eller tillhandahålla andra lastbärande funktioner. Bakteriers naturliga miljöavkänningstendenser innebär att de kan navigera mot vissa kemikalier eller fjärrstyras med hjälp av magnetiska eller ljudsignaler.

Att vara framgångsrik, dessa små biologiska robotar måste bestå av material som kan passera clearance genom kroppens immunsvar. De måste också kunna simma snabbt genom trögflytande miljöer och penetrera vävnadsceller för att leverera last.

I en tidning som publicerades denna vecka i APL Bioteknik , från AIP Publishing, forskare tillverkade biohybrida bakteriella mikrosimmare genom att kombinera en genetiskt modifierad E coli MG1655 substam och nanoerytrosomer, små strukturer gjorda av röda blodkroppar.

Nanoerytrosomer är nanovesiklar som härrör från röda blodkroppar genom att tömma cellerna, behålla membranen och filtrera ner dem till nanoskala. Dessa små bärare av röda blodkroppar fäster på bakteriemembranet med hjälp av den kraftfulla icke-kovalenta biologiska bindningen mellan biotin och streptavidin. Denna process bevarar två viktiga röda blodkroppsmembranproteiner:TER119 som behövs för att fästa nanoerytrosomerna, och CD47 för att förhindra makrofagupptag.

De E coli MG 1655 fungerar som en bioaktuator som utför det mekaniska arbetet att driva genom kroppen som en molekylär motor med hjälp av flagellarrotation. Bakteriernas simförmåga utvärderades med hjälp av en specialbyggd 2D-objektspårningsalgoritm och 20 videor tagna som rådata för att dokumentera deras prestanda.

Biohybridmikrosimmare med bakterier som bär nanoerytrosomer av röda blodkroppar utförde hastigheter 40 % snabbare än andra E. coli-drivna mikropartikelbaserade biohybridmikrosimmare, och arbetet visade ett minskat immunsvar på grund av nanoerytrosomernas storlek i nanoskala och justeringar av tätheten av täckning av nanoerytrosomer på bakteriemembranet.

Dessa biohybridsimmare kunde leverera droger snabbare, på grund av deras simhastighet, och stöter på mindre immunsvar, på grund av deras sammansättning. Forskarna planerar att fortsätta sitt arbete med att ytterligare trimma immunclearancen hos mikrorobotarna och undersöka hur de kan penetrera celler och släppa sin last i tumörens mikromiljö.

"Detta arbete är en viktig språngbräda i vårt övergripande mål att utveckla och distribuera biohybridmikrorobotar för terapeutisk lastleverans, ", sa författaren Metin Sitti. "Om du minskar storleken på röda blodkroppar till nanoskala och funktionaliserar bakteriekroppen, du kan få ytterligare överlägsna egenskaper som kommer att vara avgörande vid översättningen av den medicinska mikrorobotiken till kliniker."