Imagen SEM coloreada de nanorobots recubiertos con membranas híbridas de plaquetas / glóbulos rojos. Crédito:Esteban-Fernández de Ávila / Science Robotics
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado pequeños robots impulsados por ultrasonidos que pueden nadar a través de la sangre, eliminar las bacterias dañinas junto con las toxinas que producen. Estos nanorobots de prueba de concepto podrían algún día ofrecer una forma segura y eficiente de desintoxicar y descontaminar los fluidos biológicos.
Los investigadores construyeron los nanorobots recubriendo nanocables de oro con un híbrido de membranas de plaquetas y glóbulos rojos. Este recubrimiento de membrana celular híbrida permite a los nanorobots realizar las tareas de dos células diferentes a la vez:plaquetas, que se unen a patógenos como la bacteria MRSA (una cepa de Staphylococcus aureus resistente a los antibióticos), y glóbulos rojos, que absorben y neutralizan las toxinas producidas por estas bacterias. El cuerpo dorado de los nanorobots responde al ultrasonido, lo que les da la capacidad de nadar rápidamente sin combustible químico. Esta movilidad ayuda a los nanorobots a mezclarse de manera eficiente con sus objetivos (bacterias y toxinas) en la sangre y a acelerar la desintoxicación.
La obra, publicado el 30 de mayo en Ciencia Robótica , combina tecnologías pioneras por Joseph Wang y Liangfang Zhang, profesores del Departamento de Nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. El equipo de Wang desarrolló los nanorobots impulsados por ultrasonidos, y el equipo de Zhang inventó la tecnología para recubrir nanopartículas en membranas celulares naturales.
"Al integrar revestimientos celulares naturales en nanomáquinas sintéticas, podemos impartir nuevas capacidades en pequeños robots, como la eliminación de patógenos y toxinas del cuerpo y de otras matrices, ", dijo Wang." Esta es una plataforma de prueba de concepto para diversas aplicaciones terapéuticas y de biodesintoxicación ".
"La idea es crear nanorobots multifuncionales que puedan realizar tantas tareas diferentes a la vez, "dijo la co-primera autora Berta Esteban-Fernández de Ávila, becaria postdoctoral en el grupo de investigación de Wang en UC San Diego. "La combinación de las membranas de plaquetas y glóbulos rojos en cada recubrimiento de nanorobot es sinérgica:las plaquetas se dirigen a las bacterias, mientras que los glóbulos rojos atacan y neutralizan las toxinas que producen esas bacterias ".
El recubrimiento también protege a los nanorobots de un proceso conocido como bioincrustación, cuando las proteínas se acumulan en la superficie de objetos extraños e impiden que funcionen con normalidad.
Imagen SEM de una bacteria MRSA unida a un nanorobot recubierto de membrana celular híbrida. Crédito:Esteban-Fernández de Ávila / Science Robotics
Los investigadores crearon el recubrimiento híbrido separando primero membranas enteras de plaquetas y glóbulos rojos. Luego aplicaron ondas sonoras de alta frecuencia para fusionar las membranas. Dado que las membranas se tomaron de células reales, contienen todas sus funciones proteicas originales de la superficie celular. Para hacer los nanorobots, Los investigadores recubrieron las membranas híbridas sobre nanocables de oro utilizando una química de superficie específica.
Los nanorobots son unas 25 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano. Pueden viajar hasta 35 micrómetros por segundo en sangre cuando funcionan con ultrasonido. En pruebas, Los investigadores utilizaron los nanorobots para tratar muestras de sangre contaminadas con MRSA y sus toxinas. Después de cinco minutos, estas muestras de sangre tenían tres veces menos bacterias y toxinas que las muestras no tratadas.
El trabajo aún se encuentra en una etapa inicial. Los investigadores señalan que el objetivo final no es utilizar los nanorobots específicamente para tratar las infecciones por MRSA, pero más generalmente para desintoxicar fluidos biológicos. El trabajo futuro incluye pruebas en animales vivos. El equipo también está trabajando en la fabricación de nanorobots con materiales biodegradables en lugar de oro.
Título del artículo:"Nanorobots híbridos funcionalizados con biomembrana para la eliminación simultánea de bacterias y toxinas patógenas". Los coautores incluyen a los primeros coautores conjuntos Pavimol Angsantikul y Doris. E Ramírez-Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian y Diana Dehaini, Yijie Chen, todo en UC San Diego.
