У мышей микророботы безопасно уничтожали вызывающие пневмонию бактерии в легких и приводили к 100% выживаемости. Мыши из контрольной группы умерли в течение трех дней после заражения.

Микророботы сделаны из клеток водорослей, поверхность которых покрыта заполненными антибиотиками наночастицами. Водоросли обеспечивают движение, что позволяет микророботам плавать и доставлять антибиотики к скоплениям бактерий в легких. Наночастицы, содержащие антибиотики, состоят из крошечных биоразлагаемых полимерных сфер. Они покрыты клеточными мембранами нейтрофилов, которые являются разновидностью лейкоцитов. Особенность этих клеточных мембран заключается в том, что они поглощают и нейтрализуют воспалительные молекулы, вырабатываемые бактериями и иммунной системой организма.

Работа является совместным усилием лабораторий профессоров наноинженерии Джозефа Вана и Лянфанга Чжана из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ван является мировым лидером в области исследований в области микро- и наноробототехники, а Чжан — лидер в разработке имитирующих клетки наночастиц для лечения инфекций и заболеваний. Вместе они стали пионерами в разработке крошечных роботов для доставки лекарств. Микророботов уже можно безопасно использовать на живых животных для лечения бактериальных инфекций в желудке и крови. Лечение бактериальных инфекций легких является последним направлением их деятельности.

"Наша цель — адресная доставка лекарств в более сложные части тела, такие как легкие. И мы хотим сделать это безопасным, простым, биосовместимым и долговечным способом", — сказал Чжан.

Команда использовала микророботов для лечения мышей с острой и потенциально смертельной формой пневмонии, вызванной бактериями Pseudomonas aeruginosa. Эта форма пневмонии обычно поражает пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких в отделении интенсивной терапии. Исследователи вводили микророботов в легкие мышей через трубку, вставленную в трахею. Инфекции полностью исчезли через неделю. Все мыши, которых лечили микророботами, выжили в течение 30 дней, а мыши, не получившие лечения, умерли в течение трех дней.

Лечение с помощью микророботов также оказалось более эффективным, чем внутривенное введение антибиотиков в кровоток. Кроме того, при внутривенном введении для достижения того же эффекта требуется доза антибиотиков, которая в 3000 раз превышает количество, используемое в микророботах.

Новый подход эффективен, потому что он помещает лекарство именно туда, куда нужно, а не рассеивает его по всему телу. "Эти результаты показывают, как целенаправленная доставка лекарств в сочетании с активным перемещением микроводорослей повышает терапевтическую эффективность", — сказал Ван.

И если мысль о том, чтобы поместить клетки водорослей в легкие, вызывает у вас брезгливость, то исследователи отвечают, что такой подход безопасен. После лечения иммунные клетки организма эффективно перерабатывают водоросли вместе с любыми оставшимися наночастицами. "Ничего токсичного не остается", — сказал Ван.

Работа все еще находится на стадии проверки концепции. Команда планирует провести дополнительные фундаментальные исследования, чтобы точно понять, как микророботы взаимодействуют с иммунной системой.

Результаты опубликованы 22 сентября в Nature Materials.