Ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben minuscule ultrasone robots ontwikkeld die door bloed kunnen zwemmen. het verwijderen van schadelijke bacteriën samen met de gifstoffen die ze produceren. Deze proof-of-concept nanorobots zouden ooit een veilige en efficiënte manier kunnen bieden om biologische vloeistoffen te ontgiften en te ontsmetten.

Onderzoekers bouwden de nanorobots door gouden nanodraden te coaten met een hybride van bloedplaatjes en rode bloedcelmembranen. Deze hybride celmembraancoating stelt de nanorobots in staat om de taken van twee verschillende cellen tegelijk uit te voeren:bloedplaatjes, die pathogenen binden zoals MRSA-bacteriën (een antibioticaresistente stam van Staphylococcus aureus), en rode bloedcellen, die de door deze bacteriën geproduceerde toxines absorberen en neutraliseren. Het gouden lichaam van de nanorobots reageert op ultrageluid, waardoor ze snel kunnen rondzwemmen zonder chemische brandstof. Deze mobiliteit helpt de nanorobots zich efficiënt te mengen met hun doelwitten (bacteriën en toxines) in het bloed en de ontgifting te versnellen.

Het werk, gepubliceerd 30 mei in Wetenschap Robotica , combineert technologieën die zijn ontwikkeld door Joseph Wang en Liangfang Zhang, professoren in de afdeling NanoEngineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang's team ontwikkelde de ultrageluid-aangedreven nanorobots, en het team van Zhang vonden de technologie uit om nanodeeltjes in natuurlijke celmembranen te coaten.

"Door natuurlijke celcoatings te integreren op synthetische nanomachines, we kunnen kleine robots nieuwe mogelijkheden geven, zoals het verwijderen van ziekteverwekkers en gifstoffen uit het lichaam en uit andere matrices, " zei Wang. "Dit is een proof-of-concept platform voor diverse therapeutische en biodetoxificatie toepassingen."

"Het idee is om multifunctionele nanorobots te maken die evenveel verschillende taken tegelijk kunnen uitvoeren, " zei co-eerste auteur Berta Esteban-Fernández de Ávila, een postdoctoraal onderzoeker in Wang's onderzoeksgroep aan de UC San Diego. "Het combineren van bloedplaatjes en rode bloedcelmembranen in elke nanorobot-coating is synergetisch - bloedplaatjes richten zich op bacteriën, terwijl rode bloedcellen zich richten op en neutraliseren van de gifstoffen die die bacteriën produceren."

De coating beschermt de nanorobots ook tegen een proces dat bekend staat als biofouling - wanneer eiwitten zich op het oppervlak van vreemde voorwerpen verzamelen en voorkomen dat ze normaal werken.

Onderzoekers creëerden de hybride coating door eerst hele membranen te scheiden van bloedplaatjes en rode bloedcellen. Vervolgens pasten ze hoogfrequente geluidsgolven toe om de membranen samen te smelten. Omdat de membranen uit echte cellen zijn gehaald, ze bevatten al hun oorspronkelijke celoppervlakte-eiwitfuncties. Om de nanorobots te maken, onderzoekers bekleedden de hybride membranen op gouden nanodraden met behulp van specifieke oppervlaktechemie.

De nanorobots zijn ongeveer 25 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Ze kunnen tot 35 micrometer per seconde in het bloed reizen wanneer ze worden aangedreven door echografie. Bij testen, onderzoekers gebruikten de nanorobots om bloedmonsters te behandelen die besmet waren met MRSA en hun toxines. Na vijf minuten, deze bloedmonsters bevatten drie keer minder bacteriën en toxines dan onbehandelde monsters.

Het werk bevindt zich nog in een pril stadium. Onderzoekers merken op dat het uiteindelijke doel niet is om de nanorobots specifiek te gebruiken voor de behandeling van MRSA-infecties, maar meer in het algemeen voor het ontgiften van biologische vloeistoffen. Toekomstig werk omvat tests bij levende dieren. Het team werkt ook aan het maken van nanorobots van biologisch afbreekbare materialen in plaats van goud.

Paper titel:"Hybride biomembraan-gefunctionaliseerde nanorobots voor gelijktijdige verwijdering van pathogene bacteriën en toxines." Co-auteurs zijn onder meer gezamenlijke co-eerste auteurs Pavimol Angsantikul en Doris. E Ramirez-Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian en Diana Dehaini, Yijie Chen, allemaal bij UC San Diego.