Исследователи описывают своих мини-поставщиков медицинских услуг в статье, опубликованной в прошлом месяце в журнале Маленький.

"Представьте, если бы микророботы могли выполнять определенные задачи в организме, такие как неинвазивные операции", - сказал Джин Ли, ведущий автор исследования и научный сотрудник отдела химической и биологической инженерии. "Вместо того, чтобы резать пациента, мы можем просто ввести роботов в организм с помощью таблетки или инъекции, и они сами выполнят процедуру".

Ли и его коллеги еще не достигли этого, но новое исследование - большой шаг вперед для крошечных роботов.

Микророботы группы действительно маленькие. Ширина каждого из них составляет всего 20 микрометров, что в несколько раз меньше толщины человеческого волоса. Они также очень быстры, способны перемещаться со скоростью около 3 миллиметров в секунду, или примерно в 9000 раз больше их собственной длины в минуту. Это во много раз быстрее, чем у гепарда в относительном выражении.

У них тоже большой потенциал. В новом исследовании группа использовала парк таких машин для транспортировки доз дексаметазона, распространенного стероидного препарата, в мочевой пузырь лабораторных мышей. Результаты показывают, что микророботы могут быть полезным инструментом для лечения заболеваний мочевого пузыря и других недугов у людей.

"Микромасштабные роботы вызвали большой ажиотаж в научных кругах, но что делает их интересными для нас, так это то, что мы можем сконструировать их для выполнения полезных задач в организме", - сказал К. Уайатт Шилдс, соавтор нового исследования и доцент кафедры химической и биологической инженерии.

Фантастическое путешествие

Если это звучит как что-то заимствованное из научной фантастики, то это потому, что так оно и есть. В классическом фильме "Фантастическое путешествие" группа искателей приключений путешествует на усохшей подводной лодке в тело человека, находящегося в коме.

"Фильм вышел на экраны в 1966 году. Сегодня мы живем в эпоху роботов микрометрового и нанометрового масштаба", - сказал Ли.

Он воображает, что, как и в фильме, микророботы могли бы циркулировать в кровотоке человека, выискивая целевые участки для лечения различных заболеваний.

Команда создает своих микророботов из материалов, называемых биосовместимыми полимерами, используя технологию, аналогичную 3D-печати. Машины немного похожи на маленькие ракеты и поставляются в комплекте с тремя крошечными плавниками. Они также включают в себя кое-что дополнительное: каждый из роботов несет в себе небольшой пузырек захваченного воздуха, подобный тому, что происходит, когда вы опускаете перевернутый стакан в воду. Если вы подвергнете машины воздействию акустического поля, подобного тому, которое используется в ультразвуке, пузырьки начнут дико вибрировать, отталкивая воду и подталкивая роботов вперед.

Другими соавторами нового исследования из университета Боулдера являются Ник Боттенус, доцент кафедры машиностроения; Анкур Гупта, доцент кафедры химической и биологической инженерии; и аспиранты-инженеры Риту Радж, Купер Том, Николь Дэй и Пейтон Мартинес.

Чтобы провести тест-драйв своих микророботов, исследователи обратили внимание на распространенную проблему людей: заболевание мочевого пузыря.

Приносящий облегчение

Интерстициальный цистит, также известный как синдром болезненного мочевого пузыря, поражает миллионы американцев и, как следует из его названия, может вызывать сильную тазовую боль. Лечение этого заболевания может быть столь же неприятным. Часто пациентам приходится несколько раз в течение нескольких недель обращаться в клинику, где врач вводит в мочевой пузырь через катетер агрессивный раствор дексаметазона.

Ли считает, что микророботы, возможно, смогут оказать некоторое облегчение.

В лабораторных экспериментах исследователи создали стаи микророботов, инкапсулирующих высокие концентрации дексаметазона. Затем они ввели тысячи таких роботов в мочевой пузырь лабораторных мышей. Результатом стало фантастическое путешествие в реальной жизни: микророботы рассеялись по органам, прежде чем прилипнуть к стенкам мочевого пузыря, что, вероятно, затруднило бы их мочеиспускание.

Оказавшись там, аппараты медленно высвобождали свой дексаметазон в течение примерно двух дней. По словам Ли, такой постоянный приток лекарств мог бы позволить пациентам получать больше лекарств в течение более длительного периода времени, улучшая результаты для пациентов.

Он добавил, что команде предстоит проделать большую работу, прежде чем микророботы смогут путешествовать по реальным человеческим телам. Для начала группа хочет сделать машины полностью биоразлагаемыми, чтобы они в конечном итоге растворялись в организме.

"Если мы сможем заставить эти частицы работать в мочевом пузыре, - сказал Ли, - тогда мы сможем добиться более длительного высвобождения лекарства, и, возможно, пациентам не придется так часто обращаться в клинику".