Πειράματα με νανορομπότ στη μάχη κατά του καρκίνου. Microscopic robots could take your body on a fantastic voyage

Τα νανορομπότ της έρευνας του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ κατασκευάζονται από μικροσωματίδια γυαλιού. Η μισή «συσκευή» είναι επικαλυμμένη με λεπτή μαγνητική νανομεμβράνη από νικέλιο και χρυσό, ενώ η άλλη μισή επικαλύπτεται από το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουβικίνη. Scientists have been developing microrobots that could imitate white blood cells. Injecting them into the bloodstream to help fight cancer could be next. An artist's representation of the robots (lower right corner) entering the bloodstream. Credit: Max Planck Institute for Intelligent Systems

Μοιάζει περισσότερο με σενάριο ταινίας επιστημονικής φαντασίας, αλλά είναι το μέλλον της επιστημονικής πραγματικότητας. Τα εγχυόμενα νανορομπότ είναι εδώ και θα συμβάλουν σημαντικά στον αντικαρκινικό αγώνα.

How the movies imagined life inside the blood stream. Credit: LMPC/LMPC/Getty Images

Βέβαια, η ιδέα συσκευών που θα λειτουργούν στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος δεν είναι καινούργια, αλλά έχει τις ρίζες της στην κινηματογραφική ταινία επιστημονικής φαντασίας «Φανταστικό ταξίδι» του 1966, που καταγράφει το απίθανο ταξίδι μιας ομάδας γιατρών μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Εκείνο το μελλοντολογικό όραμα έχει γίνει σήμερα, εν μέρει, πραγματικότητα και τα μικροσκοπικά ρομπότ θα μπορούν να μεταφέρουν στοχευμένα αντικαρκινικές θεραπείες σε περιοχές του ανθρώπινου σώματος, όπου υπάρχει ανάγκη.

Conceptual schematic depicting magnetically actuated microrollers locomoting against blood flow (upstream) on the vessel wall. Credit: Alapan et al., Sci. Robot. 5, eaba5726 (2020)

Αυτή, τουλάχιστον, είναι η ελπίδα του καθηγητή Μετίν Σιτί, επικεφαλής του Ινστιτούτου Έξυπνων Συστημάτων Μαξ Πλανκ της Στουτγάρδης, που μαζί με τους συνεργάτες του δημιούργησε νανορομπότ, τα οποία, ταξιδεύοντας στο αίμα μας, θα μεταφέρουν αντικαρκινικά φάρμακα και επιλεκτικά θα στοχεύουν εναντίον καρκινικών κυττάρων στους μαστούς. Οι ερευνητές έλαβαν ως πρότυπο τα λευκά αιμοσφαίρια, τα οποία μετακινούνται κατά μήκος των τοιχωμάτων των αιμοφόρων αγγείων και σε αντίθετη κατεύθυνση από τη ροή του αίματος.

Microrollers (green) binding to breast cancer cells (blue and red) from their silica sides. Credit: Alapan et al., Sci. Robot. 5, eaba5726 (2020)

Τα μικροσκοπικά ρομπότ είναι σφαιρικά και κατασκευάζονται από μικροσωματίδια γυαλιού. Η μισή «συσκευή» είναι επικαλυμμένη με μία λεπτή μαγνητική νανομεμβράνη από νικέλιο και χρυσό, ενώ η άλλη μισή επικαλύπτεται από δοξορουβικίνη, ένα αντικαρκινικό φάρμακο, και κάποια μόρια που αναγνωρίζουν τα καρκινικά κύτταρα. Προκειμένου να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα των νανορομπότ-ιατρών, χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο που περιείχε αίμα ποντικού και συνθετικούς διαύλους, επικαλυμμένους με ανθρώπινα ενδοθηλιακά κύτταρα, αυτά δηλαδή που καλύπτουν τα εσωτερικά τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων μας. Τα ρομπότ εκτέθηκαν σε ένα μείγμα υγιών και καρκινικών ιστών και «προσδέθηκαν» επιλεκτικά στα καρκινικά κύτταρα. Στη συνέχεια ενεργοποιήθηκαν με υπεριώδη ακτινοβολία και απελευθέρωσαν το αντικαρκινικό σκεύασμα.

Εφαρμόζοντας μαγνητικά πεδία, οι επιστήμονες έλεγξαν την κίνηση των νανορομπότ, τόσο κατά την κατεύθυνση της ροής του αίματος όσο και αντίθετα προς αυτήν. Η ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν ανέρχεται σε 600 μικρομέτρα (εκατομμυριοστό του μέτρου) το δευτερόλεπτο, ενώ η πλοήγησή τους είναι εύκολη. «Αν βρεθείς σε μια διακλάδωση του συστήματος των αιμοφόρων αγγείων και επιλέξεις λανθασμένη κατεύθυνση, δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. Μπορείς να επιστρέψεις και να ακολουθήσεις τη σωστή», επισημαίνει ο Σιτί.

Τα ρομπότ που δοκιμάστηκαν είχαν διάμετρο 3 ή 7, 8 μικρομέτρων, ήταν, δηλαδή, λίγο μικρότερα από τα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια, που έχουν διάμετρο περίπου 8 μικρομέτρων. Βέβαια, η επιστημονική έρευνα ακόμη εξελίσσεται και οι επιστήμονες επιθυμούν να χρησιμοποιήσουν διαφορετικές μεθόδους για την ενεργοποίηση του μικροσυστήματος, όπως είναι η θερμότητα ή η εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία. Η επιστημονική ομάδα που δημιούργησε τα νανορομπότ ελπίζει πως σύντομα θα ξεκινήσει τις δοκιμές σε πειραματόζωα.

Η προσπάθεια δημιουργίας ιατρικών νανορομπότ του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ δεν είναι μοναδική. Πριν από λίγους μήνες, επιστήμονες του κινεζικού Εθνικού Κέντρου Νανοεπιστημών και Τεχνολογίας, σε συνεργασία με το πολιτειακό πανεπιστήμιο της Αριζόνας, δημιούργησαν νανορομπότ, με διάμετρο μερικών νανομέτρων (ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου), τα οποία στη συνέχεια ενέχυσαν στα αιμοφόρα αγγεία ποντικών, ώστε να συρρικνώσουν τους καρκινικούς τους όγκους, διακόπτοντας την παροχή αίματος σε αυτούς. Αυτά τα νανορομπότ κατασκευάστηκαν από φύλλα DNA, τα οποία είχαν σχηματίσει σωληνάρια και είχαν γεμιστεί με ένα σκεύασμα που ευνοεί την πήξη του αίματος. Στο εξωτερικό τους, οι επιστήμονες τοποθέτησαν ένα τμήμα DNΑ, που συνδέεται με μία πρωτεΐνη η οποία ανιχνεύεται αποκλειστικά στους καρκινικούς όγκους. Όταν τα νανορομπότ προσέγγισαν τα κακοήθη νεοπλάσματα και προσδέθηκαν στην πρωτεΐνη, τα φύλλα DNA ξεδιπλώθηκαν απελευθερώνοντας το φάρμακο, συρρικνώνον  τας τα νεοπλάσματα, χωρίς να προκαλέσουν κάποια παρενέργεια.

Πηγές: Yunus Alapan et al. Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow, Science Robotics (2020). DOI: 10.1126/scirobotics.aba5726 - https://www.inverse.com/innovation/microscopic-robots-could-take-your-body-on-a-fantastic-voyage - https://www.kathimerini.gr/1080722/article/epikairothta/episthmh/peiramata-me-nanorompot-sth-maxh-kata-toy-karkinoy