طور مهندسو النانو في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو روبوتات مجهرية ، تسمى الروبوتات الدقيقة ، يمكنها السباحة في الرئتين وتقديم الأدوية واستخدامها لإزالة حالات الالتهاب الرئوي الجرثومي التي تهدد الحياة.
وفي الفئران ، قامت الروبوتات الدقيقة بالتخلص بأمان من البكتيريا المسببة للالتهاب الرئوي في الرئتين للفأر وأسفرت عن نجاة بنسبة 100٪. على النقيض من ذلك ، ماتت جميع الفئران غير المعالجة في غضون ثلاثة أيام بعد الإصابة. وقد نُشرت النتائج في 22 سبتمبر الماضي في Nature Materials .
تتكون الروبوتات الدقيقة من خلايا طحالب تتناثر أسطحها بجسيمات نانوية مليئة بالمضادات الحيوية. توفر الطحالب الحركة ، مما يسمح للروبوتات الدقيقة بالسباحة حولها وإيصال المضادات الحيوية مباشرة إلى المزيد من البكتيريا في الرئتين. تتكون الجسيمات النانوية التي تحتوي على المضادات الحيوية من كريات بوليمر صغيرة قابلة للتحلل الحيوي ومغلفة بأغشية خلايا العدلات ، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء. ما يميز أغشية الخلايا هذه أنها تمتص وتبطل الجزيئات الالتهابية التي تنتجها البكتيريا وجهاز المناعة في الجسم. يمنح هذا الروبوتات الصغيرة القدرة على تقليل الالتهابات الضارة ، مما يجعلها بدورها أكثر فاعلية في مكافحة عدوى الرئة.
هذا العمل هو جهد مشترك بين مختبرات أساتذة الهندسة النانوية جوزيف وانج و Liangfang Zhang ، وكلاهما في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس. وانغ رائد عالميًا في مجال أبحاث الروبوتات الدقيقة والنانوية ، في حين أن تشانغ رائد عالميًا في تطوير الجسيمات النانوية التي تحاكي الخلايا لعلاج الالتهابات والأمراض. معًا ، كانا رائدين في تطوير روبوتات صغيرة لتوصيل الأدوية يمكن استخدامها بأمان في الحيوانات الحية لعلاج الالتهابات البكتيرية في المعدة والدم. علاج التهابات الرئة البكتيرية هو الأحدث في مجال عملهم.
وقد وضح تشانغ قائلاً: “هدفنا هو توصيل الأدوية الموجهة إلى أجزاء أكثر تحديًا من الجسم ، مثل الرئتين. ونريد أن نفعل ذلك بطريقة آمنة وسهلة ومتوافقة حيويًا وطويلة الأمد”. “هذا ما أظهرناه في هذا العمل.”
استخدم الفريق الروبوتات الدقيقة لعلاج الفئران بشكل حاد ومميت من الالتهاب الرئوي الناجم عن بكتيريا Pseudomonas aeruginosa . عادة ما يصيب هذا النوع من الالتهاب الرئوي المرضى الذين يتلقون تهوية ميكانيكية في وحدة العناية المركزة. قام الباحثون بإعطاء الروبوتات الدقيقة إلى رئتي الفئران من خلال أنبوب يتم إدخاله في القصبة الهوائية. اختفت العدوى تمامًا بعد أسبوع واحد. نجت جميع الفئران التي عولجت بالروبوتات الدقيقة خلال الثلاثين يومًا الماضية ، بينما ماتت الفئران غير المعالجة في غضون ثلاثة أيام.
كان العلاج باستخدام الروبوتات الدقيقة أكثر فعالية من الحقن الوريدي للمضادات الحيوية في مجرى الدم. تطلب الأخير جرعة من المضادات الحيوية أعلى بـ 3000 مرة من تلك المستخدمة في الروبوتات الدقيقة لتحقيق نفس التأثير. للمقارنة ، قدمت جرعة من microrobots 500 نانوغرام من المضادات الحيوية لكل فأر ، بينما قدمت حقنة IV 1.644 ملليغرام من المضادات الحيوية لكل فأر.
إن نهج الفريق فعال للغاية لأنه يضع الدواء في المكان الذي يحتاجه بدلاً من نشره في بقية الجسم.
وقال وانغ: “تظهر هذه النتائج كيف أن توصيل الدواء المستهدف جنبًا إلى جنب مع الحركة النشطة من الطحالب الدقيقة يحسن الفعالية العلاجية”. “مع الحقن الوريدي ، أحيانًا يدخل جزء صغير جدًا من المضادات الحيوية إلى الرئتين. ولهذا السبب لا تعمل العديد من العلاجات الحالية بالمضادات الحيوية للالتهاب الرئوي بالشكل المطلوب ، مما يؤدي إلى معدلات وفيات عالية جدًا في المرضى الأكثر مرضًا” ، قال. فيكتور نيزيت ، الأستاذ في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ومدرسة سكاجز للصيدلة والعلوم الصيدلانية ، وهو مؤلف مشارك في الدراسة وطبيب وعالم متعاون مع وانج وتشانج. “استنادًا إلى بيانات الفئران هذه ، نرى أن الروبوتات الدقيقة يمكنها تحسين تغلغل المضادات الحيوية لقتل مسببات الأمراض البكتيرية وإنقاذ حياة المزيد من المرضى.”
وإذا كان التفكير في وضع خلايا الطحالب في رئتيك يجعلك تشعر بالحساسية ، يقول الباحثون أن هذا النهج آمن. بعد العلاج ، تقوم الخلايا المناعية للجسم بهضم الطحالب بكفاءة مع أي جزيئات نانوية متبقية. قال وانغ: “لم يتم ترك أي شيء سام”.
لا يزال العمل في مرحلة إثبات المفهوم. يخطط الفريق لإجراء المزيد من الأبحاث الأساسية لفهم كيفية تفاعل الروبوتات الدقيقة بالضبط مع جهاز المناعة. تشمل الخطوات التالية أيضًا دراسات للتحقق من صحة علاج الروبوتات الدقيقة وتوسيع نطاقه قبل اختباره على الحيوانات الأكبر حجمًا ، وفي النهاية في البشر.
وأضاف تشانغ “نحن ندفع الحدود أكثر في مجال تسليم الأدوية المستهدفة”.
