언젠가는 암과 싸우는 임무를 수행하는 박테리아 기반 바이오하이브리드 마이크로 로봇

언젠가는 암과 싸우는 임무를 수행하는 박테리아 기반 바이오하이브리드 마이크로 로봇 날짜: 2022년 7월 15일 원천: 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소 요약: 과학자들은 더 나은 제어와 종양 세포를 찾고 파괴하는 추가 치료 효과를 위해 박테리아에 인공 성분을 추가합니다. 막스 플랑크 지능 시스템 연구소(Max Planck Institute for Intelligent Systems)의 물리 지능 부서 과학자 팀은 바이오하이브리드 마이크로로봇을 구성하기 위해 대장균 박테리아에 인공 부품을 장착함으로써 로봇과 생물학을 결합했습니다. 첫째, 팀은 각 박테리아에 여러 개의 나노리포좀을 부착했습니다. 외부 원에서 이 구형 모양의 캐리어는 근적외선에 의해 조명될 때 녹는 물질(ICG, 녹색 입자)을 둘러싸고 있습니다. 중앙으로 더 나아가 수성 코어 내부에서 리포솜은 수용성 화학요법 약물 분자(DOX)를 캡슐화합니다. 연구진이 박테리아에 부착한 두 번째 구성 요소는 자성 나노 입자입니다. 자기장에 노출되면 산화철 입자는 이미 운동성이 높은 이 미생물에 대한 최고 부스터 역할을 합니다. 이러한 방식으로 박테리아의 유영을 제어하는 것이 더 쉽습니다. 생체 내 적용을 위한 개선된 디자인입니다. 한편, 리포솜과 자성입자를 세균에 결합시키는 로프는 몇 년 전에 개발된 스트렙타비딘과 비오틴 복합체가 매우 안정적이고 잘 끊어지지 않아 바이오하이브리드 마이크로로봇을 구성할 때 유용하게 활용되고 있다. E. coli 박테리아는 액체에서 고점도 조직에 이르기까지 다양한 물질을 탐색할 수 있는 빠르고 다재다능한 수영 선수입니다. 그러나 그것이 전부는 아니며 고도로 발전된 감지 기능도 갖추고 있습니다. 박테리아는 낮은 산소 수준 또는 높은 산도와 같은 화학적 구배에 끌립니다. 둘 다 종양 조직 근처에 널리 퍼져 있습니다. 세균을 가까이에 주입하여 암을 치료하는 것을 세균매개종양치료라고 합니다. 미생물은 종양이 있는 곳으로 이동하여 그곳에서 자라며 이러한 방식으로 환자의 면역 체계를 활성화합니다. 박테리아 매개 종양 치료는 한 세기 이상 동안 치료적 접근 방식이었습니다. 지난 수십 년 동안 과학자들은 이 미생물의 초능력을 더욱 높일 수 있는 방법을 모색했습니다. 그들은 박테리아에 전투를 돕기 위해 추가 구성 요소를 장착했습니다. 그러나 인공 부품을 추가하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 복잡한 화학 반응이 진행 중이며 희석을 피하기 위해 박테리아에 적재된 입자의 밀도 비율이 중요합니다. 슈투트가르트의 팀은 이제 기준을 상당히 높였습니다. 그들은 100개의 박테리아 중 86개에 리포솜과 자성 입자를 모두 갖추는 데 성공했습니다. 과학자들은 다른 과정을 통해 이러한 고밀도 솔루션을 외부에서 성공적으로 조종하는 방법을 보여주었습니다. 첫째, 각 끝에 하나의 종양 회전 타원체가 있는 L자형 좁은 채널을 통해 각 끝에 두 개의 구획이 있습니다. 둘째, 작은 혈관을 닮은 훨씬 더 좁은 설정. 그들은 한쪽에 영구 자석을 추가하고 종양 회전 타원체를 향해 약물이 탑재된 마이크로 로봇을 어떻게 정밀하게 제어하는지 보여주었습니다. 그리고 세 번째로 한 단계 더 나아가 팀은 부드러운 것에서 중간, 딱딱한 것까지 3단계의 강성과 다공성을 가진 점성 콜라겐 젤(종양 조직과 유사)을 통해 마이크로 로봇을 조종했습니다. 콜라겐이 더 단단할수록 단백질 끈의 웹이 더 조밀해질수록 박테리아가 매트릭스를 통해 길을 찾는 것이 더 어려워집니다. 연구팀은 자기장을 추가하면, 박테리아가 더 높은 힘을 가졌기 때문에 박테리아는 젤의 다른 쪽 끝으로 끝까지 이동할 수 있습니다. 일정한 정렬로 인해 박테리아는 섬유를 통해 길을 찾았습니다. 마이크로 로봇이 원하는 지점(종양 회전 타원체)에 축적되면 근적외선 레이저가 최대 섭씨 55도의 온도에서 광선을 생성하여 리포솜의 용융 과정과 봉인된 약물의 방출을 유발합니다. 낮은 pH 수준이나 산성 환경에서도 나노리포좀이 열리므로 약물이 종양 근처에서 자동으로 방출됩니다. "박테리아 기반 마이크로로봇을 암 환자의 몸에 주입한다고 상상해 보십시오. 자석을 사용하면 입자를 종양 쪽으로 정확하게 조종할 수 있습니다. 일단 충분한 마이크로로봇이 종양을 둘러싸면 조직에 레이저를 향하게 하여 약물 방출을 촉발합니다. . 이제 면역 체계가 깨어나도록 촉발될 뿐만 아니라 추가 약물도 종양을 파괴하는 데 도움이 됩니다."라고 박사인 Birgül Akolpoglu가 말했습니다. MPI-IS 물리 지능과 학생. 그녀는 물리 지능 부서의 전 박사 후 연구원인 유누스 알라판(Yunus Alapan) 박사가 공동 주도한 " 자극에 반응하는 화물 전달을 위한 3D 생물학적 매트릭스에서 움직이는 자기적으로 조종 가능한 박테리아 마이크로로봇 "이라는 간행물의 첫 번째 저자입니다 . 사이언스 어드밴스( Science Advances )에 게재된2022년 7월 15일. Alapan은 "이 현장 전달은 환자에게 최소 침습적이며 통증이 없고 독성이 최소화되며 약물이 전신 내부가 아닌 필요한 곳에서 효과를 발휘할 것"이라고 덧붙였습니다. "박테리아 기반의 의료 기능을 갖춘 바이오하이브리드 마이크로로봇은 언젠가는 더 효과적으로 암과 싸울 수 있습니다. 이것은 오늘날 우리가 암을 치료하는 방식과 그리 멀지 않은 새로운 치료법입니다." 간행물의 마지막 저자입니다. "종양 세포를 찾고 파괴하는 의료용 마이크로 로봇의 치료 효과는 상당할 수 있습니다. 우리의 작업은 우리 사회에 도움이 되는 것을 목표로 하는 기초 연구의 좋은 예입니다."