Geïnspireerd door witte bloedcellen die op endovasculaire wanden rollen voordat ze naar de plaats van de ziekte migreren, wetenschappers van ETH Zürich zijn erin geslaagd om deeltjes langs de wanden van microscopische, driedimensionale schepen. Deze methode zou kunnen worden gebruikt in gerichte kankertherapieën.

Wanneer witte bloedcellen worden opgeroepen om invasieve bacteriën te bestrijden, ze bewegen op een specifieke manier langs bloedvaten, d.w.z., als een bal voortgestuwd door de wind, ze rollen langs de vaatwand om hun plaats van ontplooiing te bereiken. Omdat witte bloedcellen zichzelf aan het vaatstelsel kunnen verankeren, ze kunnen tegen de richting van de bloedstroom in bewegen.

Dit soort gedrag van de witte bloedcellen diende als inspiratie voor de postdoc, Daniël Achmed, die werkte in de onderzoeksgroep van professor Bradley Nelson aan de ETH Zürich. In het labortorium, Ahmed en zijn collega's ontwikkelden een nieuw systeem waarmee aggregaten bestaande uit gemagnetiseerde deeltjes langs een kanaal kunnen rollen in een gecombineerd akoestisch en magnetisch veld. In aanvulling, onderzoekers van de groep van Jürg Dual hebben numerieke en theoretische studies van het project ontwikkeld. Hun werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift, Natuurcommunicatie .

De strategie van het transportmechanisme van de apparaten is zowel eenvoudig als ingenieus, d.w.z., de wetenschappers zetten commercieel beschikbare, biocompatibele magnetische deeltjes in een kunstmatige vasculatuur. Wanneer een roterend magnetisch veld wordt aangelegd, deze deeltjes assembleren zichzelf tot aggregaten en beginnen rond hun eigen as te draaien. Wanneer de onderzoekers echografie toepassen met een bepaalde frequentie en druk, de aggregaten migreren naar de muur en beginnen langs de grenzen te rollen. De rolbeweging wordt gestart zodra de microdeeltjes een minimale grootte van zes micrometer hebben bereikt, dat is 1/10 van de diameter van een mensenhaar. Wanneer onderzoekers het magnetische veld uitschakelen, de aggregaten vallen uiteen in hun samenstellende delen en verspreiden zich in de vloeistofstroom.

Haalbaar in levend weefsel

Daten, Ahmed heeft dit systeem alleen getest in kunstmatige kanalen. Echter, hij is van mening dat de methode haalbaar is voor gebruik in levende organismen. Hij beweerde, "Het uiteindelijke doel is om dit soort transportmechanisme te gebruiken om medicijnen af ​​​​te leveren op moeilijk bereikbare plaatsen in het lichaam en het te integreren met beeldvormende modaliteiten, "zegt hij. Hij denkt aan tumoren die alleen via nauwe haarvaten kunnen worden bereikt, maar die kunnen worden gedood met behulp van rollende micro-therapeutica en hun actieve stoffen.

In vivo beeldvorming is een belangrijke uitdaging op het gebied van micro- en nanorobotica. De techniek van echografie en magnetische beeldvorming is goed ingeburgerd in de klinische praktijk. Momenteel, er zijn verschillende in vivo beeldvormingstechnieken, bijv. magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en magnetische deeltjes beeldvorming (MPI). Beide kunnen worden gebruikt om de aggregaten van de superparamagnetische deeltjes die in het onderzoek zijn gebruikt, te volgen. De MPI die gebruik maakt van klinisch goedgekeurde, op ijzeroxide gebaseerde MRI-contrastmiddelen zijn in staat tot 3D, beeldvorming met hoge resolutie in realtime. De onderzoekers kijken uit naar het functionaliseren van nanodrugs met de ijzeroxidedeeltjes om het vaatstelsel en het gelijktijdige transport van nanodrugs in kaart te brengen.

Resolutie van ultrasone beeldvorming verbeteren

Het via ultrageluid ontwikkelde mechanisme is een andere mogelijke toepassing. Bijvoorbeeld, superparamagnetische deeltjes en chemotherapeutische geneesmiddelen kunnen worden opgenomen in de microbelletjes met polymere schil. Bubbels worden gebruikt als contrastmiddel dat via een rollende beweging kan worden verspreid in moeilijk bereikbare delen van het lichaam. Dit zou de resolutie van echografie kunnen verbeteren.

"In deze studie hebben we voortstuwing aangetoond met behulp van zelfassemblerende micro-aggregaten, maar dat is nog maar het begin, " Daniel Ahmed merkte op. De volgende stap zal zijn om te onderzoeken hoe magnetische microrollers zich gedragen onder stromingsomstandigheden met hulpdeeltjes, zoals rode en witte bloedcellen, en of het mogelijk is om de magnetische deeltjes ook tegen de stroom in te bewegen. Ook wil hij zijn systeem in vivo testen in diermodellen.