Крихітні мікророботи з водоростей можуть змінити лікування раку легенів

Пухлини, які поширюються в легені, або метастази в легенях, становлять серйозну проблему в лікуванні раку.

Традиційна хіміотерапія часто виявляється недостатньо ефективною, оскільки вона неефективна. Вона не націлена безпосередньо на легені і накопичується у досить високій концентрації, щоб вбити пухлину.

Ми з колегами з лабораторії Ванга та дослідницької групи Чжана в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго протягом останніх п’яти років розробляли біогібридних мікророботів – крихітні об’єкти, виготовлені як з природних, так і з синтетичних матеріалів, які можна використовувати в медицині.

У нашому нещодавно опублікованому дослідженні ми створили біогібридного мікроробота на основі зелених мікроводоростей, який може доставляти хіміотерапію безпосередньо в легені та лікувати легеневі метастази.

Мікроводорості можуть плавати по вашому тілу. (CSIRO/Wikimedia Commons, CC BY-SA)

Доставка ліків за допомогою водоростей

Синтетичні мікророботи зазвичай виготовляються з жорстких металевих або полімерних конструкцій, які важко виготовити. Вони не мають доступу до певних органів і тканин і можуть бути токсичними для людини.

Мікроводорості долають ці проблеми. По-перше, мікроводорості можуть рухатися автономно, використовуючи волосоподібні придатки, які називаються джгутиками, щоб просуватися через такі органи, як легені. Вони менш токсичні порівняно з іншими мікроорганізмами. Вони також дешевші та простіші у виробництві.

Наш біогібридний мікроробот під назвою algae-NP(DOX)-робот поєднує мікроскопічні живі зелені мікроводорості, які зазвичай використовуються у фармацевтиці, Chlamydomonas reinhardtii, з наночастинками, покритими мембранами еритроцитів.

Клітинні мембрани діють як природний “камуфляж” для підвищення біосумісності мікроробота та запобігання його атакам з боку імунної системи пацієнта. Усередині наночастинок міститься поширений тип хіміотерапевтичного препарату доксорубіцин.

Ми протестували наших мікророботів на основі водоростей на мишах з метастазами в легенях. Вводячи мікророботів на основі водоростей через трахею, ми могли транспортувати ліки безпосередньо в легені та мінімізувати побічні ефекти на інші органи.

Потрапляючи в легені, наш мікроробот на основі водоростей міг плавати і розподіляти ліки по легеневій тканині. Він також може уникати руйнування імунними клітинами в легенях, дозволяючи лікам поступово вивільнятися з наночастинок.

Порівняно з вільним препаратом і статичними наночастинками, які не можуть рухатися самостійно, наші біогібридні мікророботи накопичували більшу концентрацію ліків і довше утримувалися в легенях.

Більш ефективно доставляючи хіміотерапію до уражених тканин легень, наші біогібридні мікророботи значно покращили терапевтичні результати, зменшуючи пухлини легень та подовжуючи виживання пролікованих мишей.

У мишей, яких лікували за допомогою наших мікророботів на основі водоростей, середній час виживання збільшився на 40%, що подовжило виживання з 27 до 37 днів.

Імунні клітини з часом розщеплюють мікророботів на нетоксичні компоненти і повністю виводять їх з організму.

Біоінженерні методи лікування

Наші результати показують, що біогібридні мікророботи представляють потужний підхід до доставки ліків у легені для лікування легеневих захворювань.

Раніше ми використовували нашу платформу мікророботів на основі зелених мікроводоростей для лікування гострої легеневої пневмонії. Зараз ми зосереджені на лікуванні інших складних легеневих захворювань, таких як муковісцидоз та ідіопатичний легеневий фіброз.

Ми також працюємо над створенням способу більш ефективної та неінвазивної доставки наших біогібридних мікророботів. Інтеграція додаткових стратегій контролю руху, таких як магнітне наведення або ультразвукове захоплення, може покращити накопичення ліків у певних цільових ділянках тіла.

Мине певний час, перш ніж наші біогібридні мікророботи з’являться в клініці. Але в цілому, поєднання живих мікроводоростей з наночастинками, покритими клітинною мембраною, для доставки ліків може допомогти закласти основу для біоінженерного лікування раку.