Kleine biohybride robots op micrometerschaal kunnen door het lichaam zwemmen en medicijnen afleveren bij tumoren of andere vrachtdragende functies vervullen. De natuurlijke omgevingsgevoelige neigingen van bacteriën betekenen dat ze naar bepaalde chemicaliën kunnen navigeren of op afstand kunnen worden bestuurd met behulp van magnetische of geluidssignalen.

Succesvol zijn, deze kleine biologische robots moeten bestaan ​​uit materialen die door de immuunrespons van het lichaam heen kunnen. Ze moeten ook snel door viskeuze omgevingen kunnen zwemmen en weefselcellen kunnen binnendringen om vracht af te leveren.

In een artikel dat deze week is gepubliceerd in APL Bio-engineering , van AIP Publishing, onderzoekers fabriceerden biohybride bacteriële microzwemmers door een genetisch gemanipuleerde E coli MG1655-substam en nanoerythrosomes, kleine structuren gemaakt van rode bloedcellen.

Nanoerythrosomes zijn nanovesicles afgeleid van rode bloedcellen door de cellen te legen, de membranen bewaren en filteren tot op nanoschaal. Deze kleine dragers van rode bloedcellen hechten zich aan het bacteriële membraan met behulp van de krachtige niet-covalente biologische binding tussen biotine en streptavidine. Dit proces behoudt twee belangrijke membraaneiwitten van rode bloedcellen:TER119 die nodig is om de nanoerythrosomes te hechten, en CD47 om opname van macrofagen te voorkomen.

De E coli MG 1655 dient als een bio-actuator die het mechanische werk van voortstuwing door het lichaam uitvoert als een moleculaire motor met behulp van flagellaire rotatie. De zwemcapaciteiten van de bacteriën werden beoordeeld met behulp van een op maat gemaakt 2D-algoritme voor het volgen van objecten en 20 video's die als onbewerkte gegevens werden genomen om hun prestaties te documenteren.

Biohybride microzwemmers met bacteriën die rode bloedcel-nanoerythrosomes dragen, presteerden 40% sneller dan andere op E. coli gebaseerde biohybride microzwemmers, en het werk toonde een verminderde immuunrespons aan vanwege de nanoschaalgrootte van de nanoerythrosomes en aanpassingen aan de dekkingsdichtheid van nanoerythrosomes op het bacteriële membraan.

Deze biohybride zwemmers kunnen sneller medicijnen afleveren, vanwege hun zwemsnelheid, en ondervindt minder immuunrespons, vanwege hun samenstelling. De onderzoekers zijn van plan hun werk voort te zetten om de immuunklaring van de microrobots verder af te stemmen en te onderzoeken hoe ze cellen kunnen binnendringen en hun lading in de micro-omgeving van de tumor kunnen vrijgeven.

"Dit werk is een belangrijke opstap naar ons overkoepelende doel om biohybride microrobots te ontwikkelen en in te zetten voor de levering van therapeutische vracht, auteur Metin Sitti zei. "Als je de grootte van rode bloedcellen verkleint tot nanoschaal en het lichaam van de bacteriën functionaliseert, je zou extra superieure eigenschappen kunnen verkrijgen die cruciaal zullen zijn bij de vertaling van de medische microrobotica naar klinieken."