Ранее лаборатория использовала сложных 3D-печатных микророботов для доставки противораковых препаратов к опухолям, управляя их движением с помощью ультразвуковой визуализации и магнитного наведения. Каждый робот имел гидрогелевую оболочку из желеобразного полимера, которая обеспечивала подвижность, биосовместимость и высокий контраст при визуализации. Исследователи решили упростить конструкцию, сделав сам пузырь роботом. Белковые микропузырьки легче производить, они сохраняют биосовместимость и при необходимости их можно мгновенно «лопнуть», чтобы высвободить препарат.
Для создания микропузырьков ученые использовали ультразвуковой зонд и раствор бычьего сывороточного альбумина, распространенного животного белка, часто применяемого в лабораторных исследованиях. В результате образовались тысячи микропузырьков с белковой оболочкой. Поверхность пузырьков богата аминными группами, к которым можно прикреплять ферменты и лекарственные препараты. Это обеспечивает как управляемое движение, так и терапевтическую функцию.
Учёные прикрепили фермент уреазу к поверхности микророботов-пузырьков. Уреаза катализирует реакцию с мочевиной, естественным продуктом жизнедеятельности организма, превращая её в аммиак и углекислый газ. Поскольку фермент распределен неравномерно по поверхности пузырьков, продукты реакции накапливаются с одной стороны больше, чем с другой, создавая локальный «толчок», который продвигает роботов вперёд. В предыдущей версии к пузырькам прикрепили магнитные наночастицы, что позволило управлять движением с помощью внешних магнитов и ультразвуковой визуализации.
Во второй версии микророботы стали более самостоятельными: они снабжены ферментом каталаза, который реагирует с перекисью водорода — веществом, концентрация которого особенно высока в опухолях и воспаленных тканях. Каталаза разлагает перекись на воду и кислород, создавая химический градиент, к которому пузырьки автоматически движутся. Это позволяет роботам самостоятельно находить опухоль без внешнего управления или визуализации.
Для высвобождения лекарственного препарата ученые используют сфокусированный ультразвук, который разрушает пузырьки и усиливает проникновение лекарства в опухоль по сравнению с предыдущими гидрогелевыми микророботами.
В экспериментах на мышах с опухолями мочевого пузыря применение пузырьковых роботов привело к снижению размера опухолей примерно на 60% в течение 21 дня по сравнению с группой, получавшей препарат обычным способом. Это демонстрирует эффективность и перспективность нового подхода для таргетированной доставки лекарств.
