Team ontwikkelt magnetische microrobots met foliumzuur om gerichte medicijnafgifte aan kankercellen te bevorderen

Het beperkte vermogen van microrobots om medicijnen te helpen bij het binnendringen van cellen, belemmert hun therapeutische werkzaamheid. Om dit aan te pakken, rapporteert een onderzoeksteam in Cyborg en bionische systemen, heeft het op kanker gerichte molecuul foliumzuur (FA) geïntroduceerd in microrobots om de opname van geneesmiddelen door kankercellen te bevorderen via receptor-ligand-gemedieerde endocytose. Dit resulteert in een medicijnafgiftesysteem dat laesiegebieden met magnetische velden kan lokaliseren en beladen medicijnen via endocytose in het cytoplasma kan afleveren.

Ongebonden microrobots hebben opmerkelijke prestaties geleverd op verschillende gebieden, zoals minimaal invasieve chirurgie, medicijnafgifte, herstel van het milieu en weefselmanipulatie. Magnetische veldactivering is een veelgebruikte methode vanwege de goede bioveiligheid, diepere weefselpenetratie en hoge temporele en ruimtelijke controle.

Er doen zich echter praktische problemen voor wanneer microrobots die medicijnen afleveren, de medicijnen mogelijk alleen in het gebied rond de cellen kunnen afleveren, maar de medicijnen niet kunnen helpen de cellen binnen te dringen. Deze beperking zou mogelijk de effectiviteit van de behandeling kunnen verminderen, aangezien de medicijnen mogelijk niet de beoogde doelen in de cellen bereiken.

Om het effectieve gebruik van medicijnen te verbeteren, moeten microrobots worden uitgerust met nauwkeurige richtmogelijkheden. De onderzoekers introduceerden foliumzuur (FA) in een microrobot om het specifieke vermogen om kankercellen te richten en de inname van medicijnen door cellen te bevorderen. De selectieve overexpressie van de FR op het oppervlak van kankercellen geeft FA het vermogen om de opname van geneesmiddelen door kankercellen te bevorderen via receptor-ligand-gemedieerde endocytose.

Het ontwikkelde magnetische microrobotsysteem bestaat uit biologisch afbreekbare op gelatinemethacryloyl (GelMA) gebaseerde ABF-microhelix en FA-geladen Fe@ZIF-8 (MOF) nanodeeltjes. Therapeutische geneesmiddelen zoals DOX kunnen in het hydrogelnetwerk van de microrobots voor kankertherapie worden geladen. Met de directionele manipulatie van een extern roterend magnetisch veld kan de microrobot worden genavigeerd en op de plaats van de laesie worden gefixeerd om ervoor te zorgen dat therapeutische medicijnen zich rond cellen verzamelen.

De volledige binding van FA aan de microrobots en FR aan het oppervlak van kankercellen kan het optreden van endocytose veroorzaken, wat resulteert in het binnendringen van MOF(FA) en DOX in de cellen. De accumulatie van microrobots in de buurt van cellen verbetert de interactie van receptoren en liganden en verbetert de therapeutische efficiëntie.

De resultaten van de onderzoekers toonden aan dat microrobots met FA een significantere celremming vertoonden dan die zonder FA. Daarom heeft het ABF-MOF(FA)-medicijnafgiftesysteem, dat magnetische manipulatie en de actieve targeting van FA combineert, een veelbelovend toepassingsperspectief voor de behandeling van kanker.

Bij tests van het vermogen om medicijnen in te kapselen, gaf de afgiftecurve aan dat de microrobot op basis van GelMA een bepaald vermogen tot medicijninkapseling en medicijnafgifte had. Het doelvermogen van FA werd bewezen door de MTT-assay en de levend/dood-kleuringsexperimenten.

Bovendien hebben motion control en celexperimenten aangetoond dat microrobots nauwkeurig kunnen worden gemanipuleerd door een magnetisch veld en specifieke taken kunnen uitvoeren. Ten slotte produceerden DOX-geladen foliumzuur gericht op magnetische microrobots een duidelijk antikankereffect binnen 24 uur nadat ze door een magnetisch veld naar de aangewezen locatie waren geleid.

Het op foliumzuur gerichte magnetische microrobotsysteem heeft een groot potentieel bij de behandeling van kanker vanwege de hoge laadcapaciteit, de bestuurbare navigatie en het vermogen om het richten en remmen van kankercellen te verbeteren.