Автономные микророботы, которые доставляют препараты прямиком в клетки, могут стать будущим медицины. Обзор последних разработок в этой области опубликован в журнале Cyborg and Bionic Systems. Сегодня большинство препаратов распространяются по организму вместе с кровотоком. Даже лекарства с адресной доставкой не всегда достигают нужного участка в достаточной концентрации, а часть действующего вещества неизбежно влияет на здоровые ткани. Поэтому исследователи по всему миру ищут способы сделать лечение максимально точным.
Ученые предлагают отказаться от привычной модели, при которой лекарство просто переносится кровотоком, и превратить его носитель в миниатюрного робота. Такой аппарат сможет анализировать окружающую среду, самостоятельно двигаться к очагу болезни и выпускать препарат только после достижения цели. Для этого микророботы объединяют сразу несколько функций: датчики, систему навигации, двигатель и механизм контролируемого высвобождения лекарства. По сути, это полноценная автономная система, только уменьшенная до микроскопических размеров.
Ученые рассматривают сразу несколько способов перемещения микророботов. Одни используют химические реакции, превращающие окружающие вещества в источник энергии. Другие работают благодаря ферментам, которые используют соединения, уже присутствующие в организме человека. Наиболее перспективными считаются системы с внешним управлением — магнитными полями, ультразвуком или светом.
Еще один вариант — биогибридные конструкции. В них синтетические элементы объединяются с живыми клетками, например бактериями, водорослями, сперматозоидами или иммунными клетками. Такие системы используют естественную способность живых организмов двигаться к воспалению или опухоли.
Особое внимание авторы исследования уделяют автономной навигации. Вместо внешнего управления микророботы могут самостоятельно распознавать изменения кислотности среды, концентрацию ферментов, нехватку кислорода или воспалительные сигналы и двигаться именно туда, где развивается заболевание.
Следующим этапом развития технологии должны стать полностью автономные микророботы с элементами искусственного интеллекта. Они смогут не только доставлять лекарства, но и постоянно анализировать состояние тканей, определять эффективность терапии и при необходимости изменять дозировку препарата.
Авторы также рассматривают возможность создания целых роев микророботов. Тысячи устройств смогут работать совместно, распределяя между собой задачи по поиску очагов заболевания и доставке лекарств. Пока технология находится на доклинической стадии. Наиболее близкими к внедрению считаются системы для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря и глаз, где работу микророботов проще контролировать и при необходимости завершить.
Несмотря на впечатляющие результаты, ученым еще предстоит решить вопросы биологической безопасности, полного выведения микророботов из организма и разработки единых стандартов их клинического применения. Однако исследователи считают, что сочетание интеллектуальных материалов, искусственного интеллекта и микроробототехники может открыть новую эпоху персонализированной медицины, в которой лекарство будет доставляться не просто в нужный орган, а в конкретную клетку, в нужное время и в строго рассчитанной дозе.
Также недавно врачи нашли способ использовать микророботов для лечения травм спинного мозга.