Robot siêu nhỏ đưa thuốc vào khối u

Thử nghiệm đối với neutrobot đã được tiến hành khá thành công trên chuột.

Nó có thể sử dụng các biện pháp ngụy trang sinh học thông minh và vượt qua rào cản khó khăn để tiếp cận gần hơn với nguồn bệnh trong cơ thể và đưa ra biện pháp điều trị tốt nhất.

Sự ưu việt của các vi robot mới

Các microbot (vi robot) không phải là điều mới mẻ, nó giống như việc cải trang robot thành vi khuẩn hoặc sử dụng nam châm để di chuyển chúng qua mạch máu.

Nhưng điều khiến thiết kế vi robot mới của các nhà khoa học Trung Quốc khác biệt với đám đông là nó có thể vượt qua một trong những rào cản sinh học khó khăn nhất của cơ thể là hàng rào máu não (BBB) - một lớp bảo vệ có tính chọn lọc cực kỳ cao.

Được thiết kế để ngăn chặn mầm bệnh và chỉ cho chất dinh dưỡng thẩm thấu qua, BBB vốn là thách thức của các vi robot mà cơ thể thường cho là kẻ xâm lược từ bên ngoài. Vi robot rất khó vượt qua tuyến phòng thủ cuối cùng này và tiến gần hơn đến các khối u tiềm ẩn phía sau nó.

Một tác giả của nghiên cứu trên là Giáo sư Zhiguang Wu tại Học viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân chuyên về công nghệ nano. Ông nói rằng, các vi robot mới có thể vượt qua những trở ngại vốn cản trở nhiều phương pháp điều trị y tế thông thường.

Theo Giáo sư Wu, “sự khuếch tán thụ động của thuốc thông thường phải chịu thời gian lâu, không hiệu quả và chặn các rào cản sinh học, có thể dẫn đến các tác dụng phụ mạnh mẽ.

Trong khi đó các vi robot/nano robot biết bơi mới, có thể di chuyển vào các mô khó tiếp cận bằng cách sử dụng động cơ đẩy của chúng, tải các loại thuốc khác nhau và chủ động bơi đến các vị trí bị bệnh để vận chuyển thuốc tới”.

Điều này rất quan trọng vì khi nói tới việc chống lại ung thư bởi vì việc điều trị nó càng nhắm vào mục tiêu cụ thể càng tốt. Nó đặc biệt đúng khi nói đến u não.

Do khối u nằm ở vị trí khó khăn trong não và sự bảo vệ mạnh mẽ của BBB, việc điều trị bằng thuốc có thể khó khăn và việc loại bỏ khối u đòi hỏi phải phẫu thuật não rất nguy hiểm. Ngay cả khi đó, thường chỉ có 90% khối u thực sự có thể được loại bỏ.

Trước đây, vi robot lấy cảm hứng từ cách một vi khuẩn hoặc tinh trùng di chuyển trong cơ thể. Tất cả ánh sáng, âm học và từ trường đều được sử dụng để đẩy chúng đi dọc cơ thể động vật chủ. Thông qua đó, một loạt các nhiệm vụ y sinh có thể được thực hiện, bao gồm cắt màng tế bào, giữ lại thuốc đã phân phối trong đường tiêu hóa và phân phối thuốc qua ống nhỏ mắt.

Tuy nhiên, mặc dù các nhà nghiên cứu kiểm soát chuyển động của các vi robot này nhiều hơn so với các loại thuốc điển hình trong cơ thể, hầu hết các thiết kế vi robot vẫn phải đối mặt với một trở ngại lớn, đó là hệ thống miễn dịch của cơ thể, đặc biệt là BBB.

Để đánh lừa các hệ thống phòng thủ của BBB, các nhà khoa học đã thiết kế một vi robot mới được ngụy trang sinh học để “lẻn qua” hàng rào mà không bị phát hiện.

Các neutrobot được cải trang và được đưa vào mạch máu.

Vi robot mới hoạt động như thế nào?

Việc sử dụng các vi robot tự hành, phân phối thuốc có thể mở ra cánh cửa cho các nhà khoa học tiếp cận gần hơn và dựa trên từng cá nhân nhiều hơn khi điều trị khối u so với việc uống hay tiêm thuốc đã được cho phép trước đây.

Để điều trị u thần kinh đệm, một loại ung thư não, ở chuột, Giáo sư Wu và đồng sự đã thiết kế các vi robot dựa trên bạch cầu trung tính là neutrobot có thể được điều khiển bằng từ trường. Đầu tiên, họ tạo ra các hạt nano từ một loại gel được nhúng với các hạt oxit sắt từ tính và loại thuốc trị ung thư phổ biến là paclitaxel.

Tiếp theo, các hạt nano này được bọc trong màng vi khuẩn E.coli để cải trang. Được cải trang thành vi khuẩn có hại, các hạt nano này bị bạch cầu trung tính của chuột trong ống nghiệm nhấn chìm dễ dàng hơn nhiều so với các hạt nano trần không bị ngụy trang.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lớp ngụy trang cũng ngăn chặn sự rò rỉ của thuốc và làm cho các hạt này ít độc hơn đối với bạch cầu trung tính.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng điều hướng và phân phối thuốc của các neutrobot trong ống nghiệm. Dưới sự điều khiển của từ trường xoay, các neutrobot đạt tốc độ 16,4 µm/giây - nhanh hơn khoảng 50 lần so với tốc độ của bạch cầu trung tính tự nhiên.

Bằng cách theo dõi các neutrobot dưới kính hiển vi, các nhà khoa học có thể để chúng di chuyển theo các hướng phức tạp trên chất nền nhân tạo.

Trong các thử nghiệm của mình, nhóm cho biết các neutrobot của họ có khả năng xâm nhập thành công qua BBB của chuột để mang được thuốc vào các khối u não.

Mặc dù đã có những thành công trên nhưng các nhà khoa học còn nhiều việc cần làm trước khi có thể áp dụng cho con người. Các tác giả giải thích rằng một vấn đề cần được khắc phục là làm thế nào để theo dõi tốt hơn từng neutrobot khi chúng đi xuyên qua cơ thể.

Ngay bây giờ hình ảnh chụp cộng hưởng từ có thể theo dõi các nhóm neutrobot khi chúng di chuyển nhưng không theo dõi được các cá thể.

“Nghiên cứu của chúng tôi đã xác minh việc điều trị bằng các neutrobot có thể kéo dài thời gian sống sót cho những con chuột bị u thần kinh đệm. Vì vậy, có thể sẽ không quá lâu để đưa những câu chuyện về những con robot siêu nhỏ trong khoa học viễn tưởng trở thành hiện thực” – Giáo sư Wu nói.