Revolutionärer Zwilling

Von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, 10. März 2023

Hefe-Mikro-/Nanoroboter nutzen zwei Motoren, um sich in intraluminalen und extraluminalen Umgebungen des Magen-Darm-Trakts selbst anzutreiben. Bildnachweis: SIAT

Mikro-/Nanoroboter mit Selbstantriebs- und Navigationsfähigkeiten haben aufgrund ihrer kontrollierbaren Fortbewegung in schwer zugänglichen Körpergeweben große Aufmerksamkeit bei der Arzneimittelverabreichung und -therapie auf sich gezogen.

Die Entwicklung selbstadaptiver Mikro-/Nanoroboter, die ihre Antriebsmechanismen über mehrere biologische Barrieren hinweg anpassen können, um entfernte Läsionen zu erreichen, ist jedoch immer noch eine Herausforderung.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Lintao Cai vom Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Hefe-Mikro-/Nanoroboter (TBY-Roboter) mit zwei Biomotoren entwickelt, der selbstfahrend und selbstanpassend ist Fähigkeiten, die autonom zu entzündeten Stellen navigieren können, um eine gastrointestinale Entzündungstherapie über Enzym-Makrophagen-Switching (EMS) durchzuführen.

This study was published on February 22 in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Wissenschaftliche Fortschritte.

EMS-Lieferung von TBY-Robotern für den Ferntransport über mehrere biologische Barrieren. Bildnachweis: SIAT

Die Forscher konstruierten den TBY-Roboter, indem sie Glucoseoxidase und Katalase asymmetrisch auf der Oberfläche entzündungshemmender, mit Nanopartikeln verpackter Hefe-Mikrokapseln immobilisierten. Bei einer homogenen Glukosekonzentration kann die Janus-Verteilung von Enzymen den Abbau von Glukose katalysieren, um einen lokalen Glukosegradienten zu erzeugen, der die selbstfahrende Bewegung des TBY-Roboters induziert.

Bei Vorhandensein eines enteralen Glukosegradienten bewegen sich die oralen TBY-Roboter auf den Glukosegradienten zu, um die Darmschleimbarriere zu durchdringen und dann die Darmepithelbarriere durch mikrofaltige Zelltranszytose zu durchqueren. „Wir fanden heraus, dass TBY-Roboter die Schleimbarriere effektiv durchdrangen und ihre Darmretention deutlich verbesserten, indem sie einen dualen, enzymgetriebenen Motor nutzten, der sich in Richtung des enteralen Glukosegradienten bewegte“, sagte Prof. CAI.

Nach der In-situ-Umschaltung auf den Makrophagen-Biomotor in Peyer-Plaques wandern die TBY-Roboter durch Chemokin-gesteuerte Makrophagen-Relay-Abgabe autonom zu entzündeten Stellen des Magen-Darm-Trakts. „Erfreulicherweise steigerten TBY-Roboter die Medikamentenakkumulation an der erkrankten Stelle um etwa das Tausendfache, wodurch Entzündungen deutlich abgeschwächt und die Krankheitspathologie in Mausmodellen für Kolitis und Magengeschwüre gebessert wurden“, sagte Prof. CAI.

Diese Abgabestrategie mit zwei Biomotoren ist ein sequenzgesteuerter Prozess unter Verwendung von EMS mit Peyer-Plaques als Übertragungsstationen. Dieser Prozess kann Therapeutika präzise über mehrere biologische Barrieren hinweg zu entfernten, tiefliegenden Krankheitsherden transportieren.

„Der Transportweg ähnelt dem des Express Mail Service, der Pakete mithilfe verschiedener Transportmöglichkeiten präzise an einen entfernten Zielort liefert“, sagte Prof. CAI. Diese selbstadaptiven TBY-Roboter stellen eine sichere und vielversprechende Strategie für die präzise Behandlung von Magen-Darm-Entzündungen und anderen entzündlichen Erkrankungen dar.

Referenz: „Selbstadaptive Mikro-/Nanoroboter mit zwei Biomotoren unter Verwendung von Enzymaktivierung und Makrophagenrelais für die Therapie gastrointestinaler Entzündungen“ von Baozhen Zhang, Hong Pan, Ze Chen, Ting Yin, Mingbin Zheng und Lintao Cai, 22. Februar 2023, Science Advances.DOI : 10.1126/sciadv.adc8978