تیمی از دانشمندان در بخش هوش فیزیکی در موسسه سیستم‌های هوشمند ماکس پلانک، رباتیک را با زیست‌شناسی با تجهیز باکتری اکلای (E. coli) به اجزای مصنوعی برای ساخت میکروربات‌های بیوهیبرید ترکیب کرده‌اند.

در ابتدا، این تیم چندین نانولیپوزوم_ لیپوزوم یک لایه لیپیدی کروی و بسته است و درون خود یک حفره را تشکیل می‌دهد که قادر به حمل برخی از محلول‌های آبی و سایر ترکیبات مانند دارو‌ها است_ را به هر باکتری متصل کردند. در دایره بیرونی خود، این حامل‌های کروی شکل، ماده‌ای (ICG، ذرات سبز) را محصور می‌کنند که وقتی با نور مادون قرمز نزدیک روشن می‌شود، ذوب می‌شود. بیشتر به سمت وسط، در داخل هسته آبی، لیپوزوم‌ها مولکول‌های داروی شیمی درمانی محلول در آب (DOX) را محصور می‌کنند.

دومین جزء که محققان به این باکتری متصل کردند، نانوذرات مغناطیسی است. هنگامی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، ذرات اکسید آهن به عنوان یک تقویت کننده روی این میکروارگانیسم بسیار متحرک عمل می‌کنند. به این ترتیب، کنترل شنای باکتری‌ها آسان‌تر است.

در همین حال، طناب اتصال لیپوزوم‌ها و ذرات مغناطیسی به باکتری یک کمپلکس استرپتاویدین و بیوتین بسیار پایدار و سخت است که چند سال قبل ساخته شده و هنگام ساخت میکروربات‌های بیوهیبرید مفید است.
باکتری E. coli شناگران سریع و همه کاره‌ای هستند که می‌توانند در مواد مختلف از مایعات گرفته تا بافت‌های بسیار چسبناک حرکت کنند.

آن‌ها همچنین دارای قابلیت‌های سنجش بسیار پیشرفته هستند. باکتری‌ها به سمت شیب‌های شیمیایی مانند سطوح کم اکسیژن یا اسیدیته بالا کشیده می‌شوند - هر دو در نزدیکی بافت تومور شایع هستند.
درمان سرطان با تزریق باکتری در مجاورت به عنوان درمان تومور با واسطه باکتری شناخته می‌شود. میکروارگانیسم‌ها به جایی که تومور قرار دارد سرازیر می‌شوند، در آنجا رشد می‌کنند و از این طریق سیستم ایمنی بدن بیماران را فعال می‌کنند. درمان تومور با واسطه باکتری برای بیش از یک قرن یک رویکرد درمانی بوده است.

در چند دهه گذشته، دانشمندان به دنبال راه‌هایی برای افزایش بیش از پیش ابرقدرت این میکروارگانیسم بوده اند.آن‌ها باکتری‌ها را با اجزای اضافی برای کمک به نبرد مجهز کردند. با این حال، افزودن اجزای مصنوعی کار آسانی نیست. واکنش‌های شیمیایی پیچیده در جریان هستند و نرخ چگالی ذرات بارگذاری شده روی باکتری برای جلوگیری از رقیق شدن اهمیت دارد.

تیم اشتوتگارت توانستند ۸۶ باکتری از ۱۰۰ باکتری را به لیپوزوم و ذرات مغناطیسی مجهز کنند. دانشمندان نشان دادند که چگونه توانستند چنین محلول با چگالی بالایی را در مسیر‌های مختلف حتی باریک‌تر از رنگ‌های خونی کوچک هدایت کنند.

آن‌ها یک آهنربای دائمی اضافی را در یک طرف اضافه کردند و نشان دادند که چگونه میکروربات‌های دارو را پبه سمت کروی‌های تومور به طور دقیق کنترل می‌کنند. سپس تیم میکروربات‌ها را از طریق یک ژل کلاژن چسبناک (شبیه بافت تومور) با سه سطح سفتی و تخلخل، از نرم تا متوسط ​​تا سفت هدایت کردند. هرچه کلاژن سفت‌تر باشد، رشته‌های پروتئینی محکم‌تر باشد، یافتن راهی برای باکتری‌ها از طریق ماتریکس دشوارتر می‌شود.

این تیم نشان داد که وقتی یک میدان مغناطیسی اضافه می‌کنند، باکتری‌ها می‌توانند تا انتهای دیگر ژل حرکت کنند، زیرا باکتری‌ها نیروی بیشتری دارند. به دلیل هم تراز ثابت، باکتری‌ها راهی از میان الیاف پیدا کردند.

هنگامی که میکروربات‌ها در نقطه مورد نظر (کره تومور) جمع می‌شوند، یک لیزر مادون قرمز نزدیک پرتو‌هایی با دمای تا ۵۵ درجه سانتیگراد تولید می‌کند و فرآیند ذوب لیپوزوم و آزاد شدن دارو‌های محصور را آغاز می‌کند.سطح pH پایین یا محیط اسیدی نیز باعث می‌شود که نانولیپوزوم‌ها باز شوند، بنابراین دارو‌ها به طور خودکار در نزدیکی تومور آزاد می‌شوند.

تصور کنید ما میکروربات‌های مبتنی بر باکتری را به بدن یک بیمار سرطانی تزریق کنیم. با آهنربا، می‌توانیم ذرات را دقیقا به سمت تومور هدایت کنیم.هنگامی که میکروربات‌های کافی دور تومور را احاطه کردند، لیزر را به سمت بافت نشانه می‌گیریم و با این کار ترشح دارو را آغاز می‌کنیم. اکنون، نه تنها سیستم ایمنی برای بیدار شدن تحریک می‌شود، بلکه دارو‌های اضافی نیز به از بین بردن تومور کمک می‌کنند..
میکروربات‌های بیوهیبریدی مبتنی بر باکتری با قابلیت‌های پزشکی می‌توانند روزی به طور مؤثرتری با سرطان مبارزه کنند.

پروفسور متین سیتی، که سرپرست بخش هوش فیزیکی و آخرین نویسنده این نشریه است، می‌گوید: این یک رویکرد درمانی جدید است که خیلی دور از نحوه درمان سرطان امروز نیست. اثرات درمانی میکروربات‌های پزشکی در جستجو و از بین بردن سلول‌های تومور می‌تواند قابل توجه باشد. کار ما یک نمونه عالی از تحقیقات اساسی است که هدف آن سلامت جامعه است.

منبع: سایت مدیکال نیوز