Shape-morphing microrobots leveren medicijnen aan kankercellen

Chemotherapie behandelt met succes vele vormen van kanker, maar de bijwerkingen kunnen grote schade aanrichten aan de rest van het lichaam. Het rechtstreeks afleveren van medicijnen aan kankercellen kan deze onaangename symptomen helpen verminderen. Nu, in een proof-of-concept-onderzoek, rapporteren onderzoekers in ACS Nano maakten visvormige microrobots die met magneten naar kankercellen worden geleid, waar een pH-verandering hen ertoe aanzet hun mond te openen en hun chemotherapielading vrij te geven.

Wetenschappers hebben eerder robots op microschaal (kleiner dan 100 µm) gemaakt die kleine objecten kunnen manipuleren, maar de meeste kunnen hun vorm niet veranderen om complexe taken uit te voeren, zoals het vrijgeven van medicijnen. Sommige groepen hebben 4D-geprinte objecten gemaakt (3D-geprinte apparaten die van vorm veranderen als reactie op bepaalde stimuli), maar ze voeren meestal alleen eenvoudige acties uit en hun beweging kan niet op afstand worden bestuurd. In een stap in de richting van biomedische toepassingen voor deze apparaten, wilden Jiawen Li, Li Zhang, Dong Wu en collega’s vormveranderende microrobots ontwikkelen die door magneten naar specifieke locaties konden worden geleid om behandelingen af ​​te leveren. Omdat tumoren voorkomen in zure micro-omgevingen, besloot het team om de microrobots van vorm te laten veranderen als reactie op een verlaagde pH.

Dus de onderzoekers 4D-printen microrobots in de vorm van een krab, vlinder of vis met behulp van een pH-responsieve hydrogel. Door de afdrukdichtheid op bepaalde delen van de vorm aan te passen, zoals de randen van de krabbenklauwen of de vleugels van de vlinder, codeerde het team pH-responsieve vormveranderingen. Vervolgens maakten ze de microrobots magnetisch door ze in een suspensie van ijzeroxide-nanodeeltjes te plaatsen.

De onderzoekers demonstreerden in verschillende tests verschillende mogelijkheden van de microrobots. Een visvormige microrobot had bijvoorbeeld een verstelbare “mond” die open en dicht ging. Het team toonde aan dat ze de vis door gesimuleerde bloedvaten konden sturen om kankercellen te bereiken in een specifiek gebied van een petrischaal. Toen ze de pH van de omringende oplossing verlaagden, opende de vis zijn mond om een ​​chemotherapiemedicijn vrij te maken, dat nabijgelegen cellen doodde. Hoewel deze studie een veelbelovend proof-of-concept is, moeten de microrobots nog kleiner worden gemaakt om door echte bloedvaten te navigeren, en er moet een geschikte beeldvormingsmethode worden geïdentificeerd om hun bewegingen in het lichaam te volgen, zeggen de onderzoekers.