Met microrobots verpakte pil is veelbelovend voor de behandeling van inflammatoire darmziekten bij muizen

Ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben een pil ontwikkeld die microscopische robots, of microrobots, in de dikke darm vrijgeeft om inflammatoire darmziekten (IBD) te behandelen. De experimentele behandeling, oraal gegeven, heeft succes opgeleverd bij muizen. Het verminderde de IBD-symptomen aanzienlijk en bevorderde de genezing van beschadigd darmweefsel zonder toxische bijwerkingen te veroorzaken.

De studie was gepubliceerd 26 juni binnen Wetenschap Robotica.

IBD, een auto-immuunziekte die wordt gekenmerkt door chronische ontsteking van de darmen, treft miljoenen mensen over de hele wereld en veroorzaakt ernstige buikpijn, rectale bloedingen, diarree en gewichtsverlies.

Het treedt op wanneer immuuncellen, bekend als macrofagen, overmatig worden geactiveerd, waardoor overmatige hoeveelheden ontstekingsveroorzakende eiwitten worden geproduceerd die pro-inflammatoire cytokines worden genoemd. Deze cytokines binden zich op hun beurt aan receptoren op macrofagen, waardoor ze meer cytokines gaan produceren en daardoor een ontstekingscyclus in stand houden die leidt tot de slopende symptomen van IBD.

Nu hebben onderzoekers een behandeling ontwikkeld die deze cytokineniveaus met succes onder controle houdt. Een team onder leiding van Liangfang Zhang en Joseph Wang, beide professoren aan de Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering aan de UC San Diego, ontwikkelde microrobots die zijn samengesteld uit ontstekingsbestrijdende nanodeeltjes die chemisch zijn gehecht aan groene algencellen.

De nanodeeltjes absorberen en neutraliseren pro-inflammatoire cytokines in de darmen. Ondertussen gebruiken de groene algen hun natuurlijke zwemvermogen om de nanodeeltjes efficiënt door de dikke darm te verdelen, waardoor de verwijdering van cytokines wordt versneld om ontstoken weefsel te helpen genezen.

Wat deze nanodeeltjes zo effectief maakt, is hun biomimetische ontwerp. Ze zijn gemaakt van biologisch afbreekbare polymeernanodeeltjes bedekt met celmembranen van macrofagen, waardoor ze kunnen fungeren als lokvogels voor macrofagen. Deze lokvogels binden op natuurlijke wijze pro-inflammatoire cytokines zonder te worden geactiveerd om meer te produceren, waardoor de ontstekingscyclus wordt doorbroken.

“Het mooie van deze aanpak is dat deze medicijnvrij is: we gebruiken alleen het natuurlijke celmembraan om pro-inflammatoire cytokines te absorberen en te neutraliseren”, zegt Zhang.

De onderzoekers hebben ervoor gezorgd dat hun biohybride microrobots voldoen aan strenge veiligheidsnormen. De nanodeeltjes zijn gemaakt van biocompatibele materialen en de groene algencellen die in dit onderzoek zijn gebruikt, worden door de Amerikaanse Food and Drug Administration als veilig voor consumptie erkend.

De microrobots zijn verpakt in een vloeibare capsule met een pH-responsieve coating. Deze coating blijft intact in de zure omgeving van het maagzuur, maar lost op bij het bereiken van de neutrale pH van de dikke darm. Dit zorgt ervoor dat de microrobots selectief worden vrijgegeven waar ze het meest nodig zijn.

“We kunnen de microrobots naar de zieke locatie sturen zonder andere organen te beïnvloeden”, zegt Wang. “Op deze manier kunnen we de toxiciteit minimaliseren.” De capsule houdt de gefunctionaliseerde algen in de vloeibare fase totdat ze vrijkomen.

De capsule werd oraal toegediend aan muizen met IBD. De behandeling verminderde fecale bloedingen, verbeterde de consistentie van de ontlasting, keerde IBD-geïnduceerd gewichtsverlies om en verminderde ontstekingen in de dikke darm, allemaal zonder duidelijke bijwerkingen.

Het onderzoeksteam richt zich nu op het vertalen van hun microrobotbehandeling naar klinische studies.