Enzymatische ‘snotrobots’ helpen bij het toedienen van medicijnen in lastige situaties

Snot is misschien niet de eerste plek waar je nanobots zou verwachten. Maar deze slijmerige afscheiding bevindt zich op meer plekken dan alleen je neus en stapels vuile tissues. Het bekleedt en beschermt ook de longen, maag, darmen en ogen. En nu hebben onderzoekers verslaggeving in ACS Nano hebben bij muizen aangetoond dat hun kleine, door enzymen aangestuurde ‘snotrobots’ door de plakkerige laag heen kunnen dringen en mogelijk medicijnen efficiënter kunnen afleveren.

Snot, wetenschappelijker bekend als mucus, beschermt cellen tegen pathogenen en irriterende stoffen door ze in een kleverige barrière te vangen. Maar die bescherming houdt ook lokaal toegediende medicamenteuze behandelingen buiten.

Een medicijnmolecuul kan worden vastgemaakt aan een klein nanodeeltje dat het kan helpen om gemakkelijker door de barrière te glippen of kan worden toegediend samen met andere verbindingen die helpen om het slijm vloeibaar te maken. Maar Samuel Sánchez en collega’s wilden deze strategieën combineren en ze maakten een snotbot van nanoformaat die werd aangestuurd door slijmoplossend waterstofperoxide (H₂O₂).

Om de nano-formaat robots te bouwen (10 van hen op een rij zouden een rode bloedcel beslaan), bevestigden onderzoekers catalase-enzymen aan poreuze silica-nanodeeltjes. De poriën in deze deeltjes kunnen worden gevuld met medicijnmoleculen, waardoor ze als een Trojaans paard door de slijmafweer kunnen glippen. Uit eerste tests bleek dat, wanneer toegediend samen met H₂O₂de catalase-enzymen dreven de robots voort door de peroxidebrandstof af te breken tot zuurstof en water.

Het team bouwde vervolgens een model van de darmslijmlaag met behulp van in het lab gekweekte menselijke darmcellen. De bots passeerden de slijmlaag van het model binnen 15 minuten, zonder de cellen eronder significant te beschadigen.

Aangezien slijm doorgaans elke 10 minuten tot 4,5 uur wordt opgeruimd en geregenereerd, zou dit korte tijdsbestek kunnen voorkomen dat de bots vast komen te zitten en door de slijmlaag worden verwijderd. Verdere tests op muizendarmkankers versterkten dit resultaat, en lieten zien dat de nanobots geen cellen of weefsels beschadigden tijdens het doorkruisen van de viskeuze laag.

In totaal toonde het team aan dat ongeveer 28% van de ingezette nanobots de slijmbarrière succesvol passeerden, en dat 28% een 60-voudige toename is ten opzichte van passieve diffusie van deeltjes. Eerdere tests met verschillende enzymen of andere slijmverstorende medicijnen verbeterden de diffusie met ongeveer 10-voudig.

De onderzoekers zijn van mening dat hun snotrobots veelbelovende kandidaten zijn voor medicijnafgiftesystemen, vooral die welke worden gehinderd door de slijmbarrière.