Микроботы способны доставлять стволовые клетки по всему организму

Группа учёных из Городского университета Гонконга (City University of Hong Kong) объявила об изобретении нового инструмента доставки стволовых клеток (СК) с использованием крошечных магнитоуправляемых роботов. Новая технология, описанная 27 июня 2018 года в журнале Science Robotics, поможет неинвазивно доставить СК в труднодоступные ткани и органы.

Удивительное свойство стволовых клеток превращаться в любой тип клеток организма на протяжении многих лет будоражит умы учёных. При помощи СК и животных моделей создаётся множество методов восстановления и замены повреждённых тканей. Такие исследования широко освещаются в научной литературе.

Одно из менее распространённых направлений в изучении стволовых клеток занимается решением проблемы доставки стволовых клеток в труднодоступные места организма. Обычно учёные используют инъекции. Однако игла может повредить здоровую ткань, особенно, если СК необходимо доставить, например, в глубокие структуры мозга, к тонкой сети сосудов или во внутреннее ухо.

Группа исследователей из Гонконга во главе с профессором Доном Саном (Dong Sun) изобрела новый неинвазивный метод доставки стволовых клеток при помощи магнитоуправляемых микроботов. Изобретение примечательно тем, что учёные смогли успешно продемонстрировать его на живых моделях — мышах и рыбках данио.

«Очень трудно заставить эти крошечные машины перемещаться в живых организмах», — говорит Брэдли Нельсон (Bradley Nelson), микроробототехник из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich), не участвующий в проекте.

Несколько других групп, в том числе и команда Нельсона, разработали микроботов, переносящих стволовые клетки в компьютерной симуляции или в пробирках. «Однако in vivo это сделать сложнее», — говорит Нельсон.

Сан разработал роботов, напоминающих по внешнему виду репей (соцветия которого известны своей «цепкостью» за счёт маленьких крючочков). Совместно с коллегами он сконструировал их при помощи 3D лазерной литографии, покрыл никелем для создания магнитных свойств и титаном для биосовместимости.

Похожие по форме на репейник пористые боты удерживают клетки между шипами. Используя магнитные поля, исследователи могут направлять ботов в любую необходимую часть тела. Там они высвобождают стволовые клетки, которые, размножаясь, выполняют требуемую работу по восстановлению повреждённой ткани.

Группа Сана проверила мобильность роботов, введя их в желтки эмбрионов рыбок данио. Учёные управляли перемещением ботов между заранее установленными точками в желтке, наблюдая при этом за тем, как продолжает биться сердце эмбриона.

На следующей стадии эксперимента исследователи проверяли способность роботов переносить и высвобождать клетки. Они снарядили ботов раковыми клетками HeLa, меченными флуоресцентной меткой, чтобы их можно было идентифицировать позже, и ввели их мышам. Спустя месяц целевой участок в организме мышей светился, что означало, что микроботы успешно выполнили свою работу по доставке клеток.

В конечном итоге, методика должна помогать в разработке новых способов лечения онкологических заболеваний, а не в распространении рака у животных. В данном эксперименте использовались именно раковые клетки, поскольку они быстро пролиферируют, и их легко обнаружить уже спустя несколько недель.

Следующим шагом учёных будет проверка терапевтических возможностей микроботов, переносящих стволовые клетки. Однако пока что одно из существенных ограничений строения ботов заключается в особенностях конструкции, которая высвобождает клетки неконтролируемо и спонтанно.

Нельсон акцентирует, что роботы Сана – всего лишь первый шаг на пути в разработке терапии для лечения органов и заболеваний с помощью стволовых клеток. Ещё требуется выполнить немало работы.

Дон Сан говорит: «Полученные результаты помогут нам провести доклинические исследования по доставке стволовых клеток у животных для направленного лечения таких заболеваний как рак».