Hoe worden microbots gemaakt?

De productie van microbots is gebaseerd op ‘microfluïdische chips’ die het productieproces modelleren. Biomateriaal wordt via een kanaal aan de linkerkant van de chip geïnjecteerd. Vervolgens wordt van boven en onder via kanalen van 15–60 µm een ​​olie met specifieke componenten toegevoegd. De voltooide robots verschijnen aan de rechterkant. In het geval van de TACSI-microbot zijn de volgende componenten toegevoegd:

• Een fluorescerende kleurstof:in dit geval wordt de oranje rhodamine B-kleurstof gebruikt die bij toenemende temperatuur de kleurintensiteit verliest. Dit maakt de microbot tot een effectieve thermometer voor de waarnemer.
• Gouden nanostaafjes:de edelmetalen staafjes van 25-90 nanometer (nm) hebben de eigenschap dat ze snel opwarmen (en weer afkoelen) wanneer ze worden gebombardeerd met laserlicht. Het duurt slechts enkele microseconden om de temperatuur van de robot met 5°C te verhogen. De nanostaafjes kunnen worden verwarmd tot 60°C. Door het automatische temperatuurbalanceringsproces van de nanostaafjes (ook wel convectie genoemd) worden de robots in beweging gezet met een maximale snelheid van 65 µm per seconde.

"Dit maakt het mogelijk om in één productierun tot wel 10.000 microbots te maken", legt Philipp Harder, lid van het onderzoeksteam, uit.

Cellen reageren op temperatuurveranderingen

Kleine temperatuurveranderingen zijn soms al voldoende om celprocessen te beïnvloeden. "Wanneer de huid gewond raakt, bijvoorbeeld door een snee, stijgt de lichaamstemperatuur lichtjes, waardoor het immuunsysteem wordt geactiveerd", legt prof. Özkale Edelmann uit.

Ze wil meer weten over de vraag of deze ‘thermische stimulatie’ kan worden gebruikt om wonden te genezen. Er is ook een gebrek aan onderzoek naar de vraag of kankercellen agressiever worden wanneer ze worden gestimuleerd. Uit huidige onderzoeken blijkt dat kankercellen afsterven bij hoge temperaturen (60°C). Dit effect kan ook worden gebruikt bij de behandeling van hartritmestoornissen en depressie.

Calciumimport:ionenkanalen in cellen geopend

Onderzoekers van het team van prof. Özkale Edelmann gebruikten niercellen om aan te tonen dat cellulaire ionkanalen kunnen worden beïnvloed. Om dit te doen, stuurden ze de TACSI-microbots naar de cellen. "We gebruikten de infraroodlaser om de temperatuur te verhogen. Om de toename te meten, maten we de intensiteit van de rhodamine B-kleurstof", legt Philipp Harder uit. Het team observeerde dat de ionenkanalen van de cellen zich bij bepaalde temperaturen openden, bijvoorbeeld om calcium de cel binnen te laten.

"Met dit concrete voorbeeld hebben we laten zien dat hitte veranderingen in de cel veroorzaakt, zelfs bij lichte temperatuurstijgingen", zegt prof. Özkale Edelmann. Ze hoopt dat verder onderzoek de weg zal wijzen naar nieuwe behandelingen, bijvoorbeeld door het mogelijk te maken medicijnen naar individuele cellen te sturen.

Meer informatie: Philipp Harder et al, Een lasergestuurde microrobot voor thermische stimulatie van afzonderlijke cellen, Geavanceerde gezondheidszorgmaterialen (2023). DOI:10.1002/adhm.202300904

Journaalinformatie: Geavanceerd materiaal voor de gezondheidszorg

Aangeboden door Technische Universiteit München