微型机器人治疗致命的肺炎小鼠的游泳

纳米工程师加州大学圣地亚哥已经开发出微型机器人,称为微型机器人,可以游泳在肺部,提供药物和用于清理危及生命的细菌性肺炎的病例。

在小鼠中,微型机器人较为安全地消除肺部,导致100%的细菌的生存。相比之下,未经处理的小鼠感染后三天内死亡。

结果发表在9月22日自然材料。

微型机器人是由藻类细胞的表面点缀着antibiotic-filled纳米颗粒。藻类提供运动,它允许微型机器人游和抗生素直接提供给更多的细菌在肺部。包含抗生素的纳米粒子是由微小的生物可降解聚合物球涂以中性粒细胞的细胞膜,白细胞的一种。这些细胞膜有什么特别之处是,他们吸收和消除炎症分子由细菌和人体的免疫系统。这给了微型机器人的能力减少有害的炎症,进而使他们更能有效防止肺部感染。

之间的工作是一个共同努力教授Joseph Wang和张良方(音)以及他们的纳米工程实验室,在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院。王是一个世界领先的微型和纳米机器人研究领域,虽然张是世界领袖在发展中cell-mimicking纳米颗粒治疗感染和疾病。在一起,他们开创了微型药物传输机器人的发展,可以安全地用于治疗细菌感染的活的动物胃和血。治疗肺部细菌感染是最新的在他们的工作。

“我们的目标是做有针对性的药物输送到更具挑战性的身体部位,如肺部。我们想做它的方式是安全的,简单,生物相容性和长久的,”张说。“这就是我们在这工作。”

团队使用了微型机器人治疗小鼠急性和潜在的致命的肺炎的细菌引起的铜绿假单胞菌。这种形式的肺炎通常影响患者接受机械通气在重症监护室。研究人员管理微型机器人通过一根管子插入小鼠的肺部的气管。一个星期后感染完全消失了。所有小鼠接受微型机器人幸存下来的过去30天,而未经处理的小鼠在三天之内死亡。

微型机器人也比一个更有效治疗静脉注射抗生素到血液中。后者需要3000倍的剂量的抗生素使用的微型机器人来实现同样的效果。相比较而言,抗生素的剂量的微型机器人提供了500毫微克/鼠标,而每鼠标提供1.644毫克的静脉注射抗生素。

团队的方法非常有效,因为它把药物对它应该去的地方而不是扩散到身体的其他部位。

靶向型药物“这些结果表明结合积极运动的微藻改善治疗效果,”王说。

“静脉注射,有时只有很小一部分的抗生素会进入肺部。这就是为什么目前很多抗生素治疗肺炎不工作以及需要,导致重病患者的死亡率很高,”维克多Nizet说,加州大学圣地亚哥分校医学院的教授,Skaggs药学和制药科学学院的研究报告合著者和医生王、张的合作者。“基于这些老鼠的数据,我们看到,微型机器人可以提高抗生素渗透杀死细菌病原体,挽救更多患者的生命。”

如果把藻类细胞在肺部的思想让你恶心,研究人员说,这种方法是安全的。有效治疗后,身体的免疫细胞消化藻类,以及任何剩余的纳米颗粒。“没什么有毒会留下,”王说。

工作还在概念阶段。基础研究小组计划做更多的了解如何微型机器人与免疫系统相互作用。下一步还包括研究验证微型机扑治疗和扩展它在更大的动物,最终测试之前,在人类身上。

“我们把边界进一步靶向药物输送领域,”张说。

参考:李张F,壮族J, Z, et al . Nanoparticle-modified微型机器人体内抗生素交付治疗急性细菌性肺炎。Nat板牙。2022:1-9。doi:10.1038 / s41563 - 022 - 01360 - 9

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