Autor: Zhengxing Li

San DiegoSan Diego: Guzy przemieszczające się do płuc lub przerzuty do płuc stanowią ogromne wyzwanie w dziedzinie leczenia raka. Konwencjonalna chemioterapia często zawodzi, ponieważ jest nieskuteczna. Nie celuje bezpośrednio w płuca i gromadzi się w stężeniu wystarczająco wysokim, aby zabić nowotwory.

Moi koledzy i ja z laboratorium Wang i Zhang Research Group na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego spędziliśmy ostatnie pięć lat na opracowywaniu biohybrydowych mikrorobotów, maleńkich obiektów wykonanych zarówno z materiałów naturalnych, jak i syntetycznych, które można zastosować w medycynie.

W ramach naszych niedawno opublikowanych badań stworzyliśmy mikrorobota biohybrydowego na bazie zielonych mikroalg, który może dostarczać chemioterapię bezpośrednio do płuc i leczyć przerzuty do płuc.

Dostarczanie leków z alg

Syntetyczne mikroroboty są zwykle wykonane ze sztywnych konstrukcji metalowych lub polimerowych, które są trudne w produkcji. Nie mają dostępu do niektórych narządów i tkanek i mogą być toksyczne dla ludzi.

Mikroalgi przezwyciężają te obawy. Po pierwsze, mikroalgi mogą poruszać się autonomicznie, korzystając z włosowatego wyrostka zwanego wici, aby poruszać się po narządach takich jak płuca. Są mniej toksyczne w porównaniu z innymi mikroorganizmami. Są też tańsze i łatwiejsze w produkcji.

Nasz biohybrydowy mikrorobot – zwany robotem algae-NP(DOX) – łączy mikroskopijne, żywe zielone mikroalgi, powszechnie stosowane w farmaceutykach, Chlamydomonas reinhardtii, z nanocząsteczkami pokrytymi błonami czerwonych krwinek. Błony komórkowe pełnią rolę naturalnego „kamuflażu”, zwiększając biokompatybilność mikrorobota i zapobiegając jego atakom ze strony układu odpornościowego pacjenta. W nanocząsteczkach znajduje się powszechny rodzaj leku chemioterapeutycznego zwanego doksorubicyną.

Przetestowaliśmy nasze mikroroboty na bazie alg na myszach z przerzutami do płuc. Podając te mikroroboty na bazie alg przez tchawicę, moglibyśmy transportować lek bezpośrednio do płuc i minimalizować skutki uboczne dla innych narządów. Gdy nasz mikrorobot na bazie alg znajdzie się w płucach, będzie mógł pływać i rozprowadzać lek po tkance płuc. Mógłby także uniknąć zniszczenia przez komórki odpornościowe w płucach, umożliwiając stopniowe uwalnianie leku z nanocząstek.

W porównaniu z nanocząsteczkami zawierającymi wolny lek i statycznymi lekami, które nie mogą samodzielnie się poruszać, nasze mikroroboty biohybrydowe gromadziły się w większych stężeniach i dłużej pozostawały zatrzymywane w płucach.

Skuteczniej dostarczając chemioterapię do chorych tkanek płuc, nasze biohybrydowe mikroroboty znacząco poprawiły wyniki terapeutyczne poprzez zmniejszenie guzów płuc i wydłużenie przeżycia leczonych myszy. Myszy leczone naszymi mikrorobotami na bazie alg doświadczyły 40-procentowego wzrostu średniego czasu przeżycia, wydłużając przeżycie z 27 do 37 dni.

Komórki odpornościowe ostatecznie rozkładają mikroroboty na nietoksyczne składniki i całkowicie usuwają je z organizmu.

Zabiegi bioinżynieryjne

Nasze odkrycia pokazują, że mikroroboty biohybrydowe stanowią skuteczne podejście do dostarczania leków do płuc w celu leczenia chorób płuc.

Wcześniej korzystaliśmy z naszej platformy mikrorobotów z zielonymi mikroalgami w leczeniu ostrego zapalenia płuc. Obecnie koncentrujemy się na leczeniu innych trudnych chorób związanych z płucami, takich jak mukowiscydoza i idiopatyczne zwłóknienie płuc.

Pracujemy również nad stworzeniem sposobu na skuteczniejsze i nieinwazyjne dostarczanie naszych mikrorobotów biohybrydowych. Integracja dodatkowych strategii kontroli ruchu, takich jak prowadzenie magnetyczne lub wychwytywanie ultradźwiękowe, może zwiększyć akumulację leku w określonych docelowych miejscach organizmu.

Minie trochę czasu, zanim nasze biohybrydowe mikroroboty pojawią się w klinice. Ogólnie rzecz biorąc, połączenie żywych mikroalg z nanocząsteczkami pokrytymi błoną komórkową w celu dostarczania leków może pomóc w stworzeniu podstaw pod bioinżynieryjne metody leczenia raka.