Microrobots die medicijnen kunnen vervoeren en sturen, kunnen gerichte medicijnafgifte bieden

Microrobots gevormd in druppeltjes kunnen een precisie-gerichte medicijnafgifte mogelijk maken, waardoor de IV-medicijnafgifte wordt verbeterd die slechts 0,7% van het medicijn naar het doelweefsel stuurt, volgens een Recente studie in De wetenschap vordertuitgevoerd door simulaties aan de Universiteit van Michigan en experimenten aan de Universiteit van Oxford.

Een experiment dat een behandeling nabootst voor inflammatoire darmaandoeningen, uitgevoerd in een varkensdarm en ondersteund door simulaties, demonstreerde hoe de microrobots kunnen worden geleverd door katheter en naar een doelplaats met een magnetisch veld kunnen worden gericht. De microrobots zijn tweezijdige deeltjes die zijn samengesteld uit een gel die medicijnen en magneten kunnen vervoeren die hun controle mogelijk maken.

In het darm -experiment, toen de gel oploste, leverde het een kleurstof op die het team ontdekte om ervoor te zorgen dat de chemische lading op zijn doellocatie arriveerde. Ze testten ook vertraagde afgifte, met sommige gels die gedurende langere periodes oplossen. Na de bevalling werden de magnetische deeltjes teruggestuurd naar de katheter en opgehaald.

Als het op meerdere locaties wordt afgegeven, zou deze functie de behandeling met inflammatoire darmaandoeningen kunnen verbeteren; Bijvoorbeeld door meerdere geneesmiddelen te leveren, zoals steroïden, immunomodulatoren en regeneratieve middelen aan verschillende ontstekingsplaatsen langs de darm.

Het team testte ook een minimaal invasieve chirurgische use case met een model van een menselijke knie. De microrobots werden vrijgegeven in een gemakkelijk toegankelijk gebied en vervolgens gemanoeuvreerd naar een moeilijk te bereiken doellocatie om een kleurstof af te geven voordat ze terug naar de toegangslocatie navigeren voor extractie.

“Met dit werk komen we dichter bij de zeer geavanceerde therapeutische bevalling. Onze geavanceerde fabricagetechnieken maken het maken van zachte robotsystemen mogelijk met opmerkelijke kenmerken en bewegingsmogelijkheden,” zei Molly Stevens, de John Black professor van Bionanoscience aan de University of Oxford Institute of Biomedical Engineering and Co-Senior Author of the Study.

De deeltjes die de microrobots samenstellen, worden gemaakt door een stroom gel met magnetische deeltjes door een smal kanaal te duwen. Een stroom olie komt het apparaat binnen en snijdt de gel, knijpen gelijktijdige druppeltjes af. Magnetische geldeeltjes zinken naar de bodem van de druppel en lege gel drijft bovenaan.

De resulterende apparaten, genaamd permanente magnetische druppel afgeleide microrobots of PMDM’s, meten ongeveer 0,2 millimeter of de breedte van twee menselijke haren.

“Traditionele microrobotfabricage heeft een zeer lage doorvoer. Met behulp van microfluïdica kunnen we honderden microrobots binnen enkele minuten genereren. Het verhoogt de efficiëntie aanzienlijk en verlaagt de fabricagekosten,” zei Yuanxiong CAO, een doctoraatsstudent in de Stevens-groep aan de Universiteit van Oxford en co-lead auteur van de studie.

Simulaties voorspelden en stelden vervolgens af hoe de microrobots bewegen in reactie op specifieke magnetische veldfrequenties. Gesimuleerde obstakelcursussen dienden als een bewijs van de microrobots door complexe omgevingen.

Het fysieke systeem maakt gebruik van een elektromagneet bestuurd door commerciële software, waardoor magnetische velden ontstaan die inchwormachtige ketens van microrobots vormen en verplaatsen. De ketens bewegen op drie verschillende manieren, die de onderzoekers wandelen, kruipen of slingeren. Ze kunnen opdracht demonteren en opnieuw monteren, waardoor ze smalle passages of andere obstakels doorkruisen.

“Ik was verbaasd om te zien hoeveel controle we hebben over de verschillende deeltjes, vooral voor de assemblage- en demontagecycli, gebaseerd op de magnetische veldfrequentie,” zei Philipp Schönhöfer, een co-lead auteur van de studie- en onderzoeksonderzoeker van Chemical Engineering bij de groep van Sharon Glotzer, de Anthony C. Lembke Department Chair van Chemical Engineering en Co-Senior Author.

Als volgende stap is het onderzoeksteam nieuwe microrobots ontwerpen die beter ingewikkelde omgevingen kunnen navigeren. Ze zullen verschillende deeltjes in emulsies testen om te begrijpen hoe ze elkaar aantrekken en bestuderen hoe grotere deeltjeszwermen zich gedragen onder verschillende magnetische velden.

“Met ons computationele platform hebben we nu ook een speeltuin ontwikkeld om een nog bredere ontwerpruimte te verkennen, die al ideeën heeft veroorzaakt voor meer complexe microrobot -architecturen geïnspireerd op het PMDM -concept,” zei Schönhöfer.

Onderzoekers van het Imperial College of London hebben ook bijgedragen aan de studie.