Twin-bioengine zelf-adaptieve micro/nanorobots ontwikkeld voor gastro-intestinale ontstekingstherapie

Micro-/nanorobots met zelfrijdende en zelfnavigerende mogelijkheden hebben veel aandacht getrokken van onderzoekers op het gebied van medicijnafgifte en -therapie vanwege hun bestuurbare voortbeweging in moeilijk bereikbare lichaamsweefsels.

Het ontwikkelen van zelfaanpassende micro-/nanorobots die hun aandrijfmechanismen over meerdere biologische barrières heen kunnen aanpassen om laesies op afstand te bereiken, is echter nog steeds een uitdaging.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Cai Lintao van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen een twin-bioengine gist micro/nanorobot (TBY-robot) ontwikkeld met zelfrijdende en zelfaanpassende capaciteiten die autonoom naar ontstoken locaties kunnen navigeren om gastro-intestinale ontstekingstherapie te bieden via enzym-macrofaag-omschakeling (EMS).

Deze studie is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang op 22 februari.

De onderzoekers construeerden de TBY-robot door asymmetrisch glucose-oxidase en catalase te immobiliseren op het oppervlak van ontstekingsremmende gistmicrocapsules verpakt in nanodeeltjes. Bij een homogene glucoseconcentratie kan de Janus-verdeling van enzymen de afbraak van glucose katalyseren om een ​​lokale glucosegradiënt te genereren die de zelfrijdende beweging van de TBY-robot induceert.

In de aanwezigheid van een enterale glucosegradiënt bewegen de orale TBY-robots naar de glucosegradiënt om de darmslijmbarrière te penetreren en vervolgens de darmepitheelbarrière te passeren door microfold celtranscytose. “We ontdekten dat TBY-robots effectief de slijmbarrière penetreerden en met name hun darmretentie verbeterden met behulp van een dubbele enzym-aangedreven motor die naar de enterale glucosegradiënt beweegt,” zei prof. Cai.

Na in situ over te schakelen naar de biomotor van macrofagen in Peyer’s patches, migreren de TBY-robots autonoom naar ontstoken plaatsen van het maagdarmkanaal door chemokine-geleide macrofaagrelaisafgifte. “Het is bemoedigend dat TBY-robots de accumulatie van geneesmiddelen op de zieke plaats met ongeveer een factor 1000 hebben verhoogd, waardoor de ontsteking aanzienlijk is verminderd en de pathologie van de ziekte is verbeterd in muismodellen van colitis en maagzweren”, aldus prof. Cai.

Deze leveringsstrategie met twee bio-engines is een sequentiegestuurd proces met behulp van EMS, met Peyer’s patches als overslagstations. Dit proces kan therapieën precies over meerdere biologische barrières heen transporteren naar verre, diepgewortelde ziekteplaatsen.

“De transportroute is vergelijkbaar met die van de Express Mail Service, die pakketten nauwkeurig aflevert op een verre bestemming met behulp van verschillende transportfaciliteiten”, aldus prof. Cai. Deze zelfaanpassende TBY-robots vertegenwoordigen een veilige en veelbelovende strategie voor de precisiebehandeling van gastro-intestinale ontstekingen en andere ontstekingsziekten.