مهندسان زیستی از یک تکنیک شیمیایی مدولار و گام به گام برای ایجاد جلبک هایی که محموله های آنتی بیوتیکی را حمل می کنند، استفاده کردند.
به گزارش سیناپرس همدان، آنتی بیوتیک ها داروهای پیچیده ای نیستند. آنها به سادگی در جریان خون گردش می کنند یا در معده حل می شوند و قبل از تخریب یا دفع باید به سرعت تأثیر خود را اعمال کنند. برای عفونت های مداوم، این ممکن است به اندازه کافی خوب نباشد.
اختراع جدیدی که حاصل همکاری دو مهندس زیستی است، آنتی بیوتیک ها را در بدن دقیق تر و ماندگارتر می کند. به جای دوز غیرفعال آنتی بیوتیک، مهندسان زیستی این داروها را به میکروربات‌های ساخته شده از جلبک متصل کردند. آنها اختراع خود را در انتشارات اخیر در Nature Materials شرح دادند.
لیانگ فانگ ژانگ، یک مهندس زیستی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو (UCSD) و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: بارش فکری و بحث‌های زیادی برای ارائه ایده روبات‌های جلبکی انجام شد.
پیش از این، دانشمندان قطعات میکروسکوپی فلزی، مانند روی یا مس را با آنتی بیوتیک ها پوشانده بودند. این روش برای تحویل آنتی بیوتیک خوراکی که در آن نانوذرات قبل از دفع از دستگاه گوارش عبور می‌کنند، کار می‌کند، اما در قسمت‌هایی از بدن که پاکسازی آن سخت‌تر است، کار نمی‌کند. ژانگ گفت: شما نمی توانید چیزی را در ریه ها یا سایر اندام ها باقی بگذارید. تیم به روش جدیدی برای ارائه آنتی بیوتیک نیاز داشت.
گروه ژانگ به چند دلیل روی سلول های جلبک تمرکز کردند. یک سیستم تحویل میکرو ربات باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند دوزی از دارو را حمل کند، اما به اندازه کافی کوچک باشد تا به عمق بافت ها نفوذ کند. Chlamydomonas reinhardtii، گونه‌ای از جلبک‌ها که حدود 10 میکرومتر طول دارد، اندازه‌ای متناسب و به اندازه دارد.
ژانگ به همراه جوزف وانگ، یکی از مهندسان زیستی در همان بخش در UCSD همکاری کرد. تیم های ژانگ و وانگ نانوذرات زیست تخریب پذیر را با آنتی بیوتیک پر کردند. سپس نانوذرات را با غشای سلولی مشتق شده از سلول های ایمنی انسان پوشاندند که باعث شد نانوذرات بیشتر شبیه انسان به نظر برسند و از فعال شدن سیستم ایمنی جلوگیری کنند. در نهایت، با استفاده از شیمی کلیک، یک روش شیمیایی مدولار برای اتصال مولکول‌ها به یکدیگر، نانوذرات پوشش داده شده را مانند دکمه‌های روی پیراهن به بیرون سلول‌های جلبک متصل کردند.
ژانگ و وانگ توانایی میکروربات را برای انتقال نانوذرات پر از آنتی‌بیوتیک و پاکسازی عفونت‌ها در موش‌های آلوده به سودوموناس آئروژینوزا، یک عامل شایع ذات‌الریه که اغلب مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها ایجاد می‌کند، آزمایش کردند. تیم‌ها میکروربات‌ها را با یک لوله تغذیه به داخل ریه‌های آلوده موش پرتاب کردند. میکروربات‌ها به‌طور تصادفی در ریه‌ها شنا می‌کردند و به طور فعال آنتی‌بیوتیک‌ها را طولانی‌تر از آنتی‌بیوتیک‌هایی که به طور معمول تحویل می‌دادند، به بدن می‌رسانند.
شنای تصادفی کلید این ماجرا بود. آنتی بیوتیک های سنتی به طور غیرفعال در اطراف شناور هستند و داروها را به طور ناموزون در بافت ها پخش می کنند. جلبک‌ها زیگ زاگ حرکت می‌کردند و سلول‌های ایمنی را که به آرامی دنبالشان می‌رفتند، فریب می‌دادند. این بدان معناست که دارو به تمام مناطق ریه رسیده است. شنای مداوم نتیجه داد. میکروربات ها برای پاکسازی عفونت به دوزی حدود 3000 برابر کمتر آنتی بیوتیک نسبت به تزریق داخل وریدی همان آنتی بیوتیک ها علیه همان باکتری نیاز داشتند.
میکروربات‌ها عفونت‌ها را ظرف یک هفته پاک کردند و تمام موش‌هایی که این درمان را دریافت کردند، 30 روز بعد هنوز زنده بودند. موش های آلوده که هیچ درمانی دریافت نکردند طی سه روز مردند. هنگامی که میکروربات های سلول جلبک محموله های آنتی بیوتیک خود را تحویل دادند، سلول های ایمنی، جلبک ها را در عرض 72 ساعت جذب و هضم کردند.
وی گائو، مهندس پزشکی در موسسه فناوری کالیفرنیا که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: این یک پروژه بسیار جالب است. در گذشته، ربات‌های الهام‌گرفته از منابع زیستی معمولاً مبتنی بر میکرو/نانوربات‌ها یا باکتری‌های مصنوعی بودند. میکروربات‌های مصنوعی در تحقق نیروی محرکه کارآمد در داخل بدن با محدودیت‌هایی مواجه هستند، در حالی که ربات‌های مبتنی بر باکتری نگرانی‌های ایمنی را برای کاربردهای in vivo ایجاد می‌کنند.
با این وجود، پاسخ سیستم ایمنی به میکروربات های مبتنی بر جلبک هنوز به طور کامل درک نشده است. گائو گمان می‌کند که دانشمندان باید زمان ماندگاری این جلبک ها در بدن را بهبود بخشند تا میکروربات‌ها را به یک سیستم انتقال داروی موفق تبدیل کنند.
ژانگ و وانگ تنها یک هفته پس از انتشار کار خود در مورد پاکسازی عفونت‌های ریوی، یک سیستم دارورسانی دیگر را ابداع کردند که توسط جلبک‌ها برای انتقال مواد شیمیایی درون یک قرص به داخل دستگاه گوارش ارسال می‌شد. گام بعدی برای محققان این است که بفهمند چگونه می توانند سیستم دارورسانی جلبک خود را در انسان بهبود دهند.
ژانگ افزود: ما می توانیم نانوذرات را روی جلبک ها متصل کنیم. اما ما نمی دانیم زمانی که شما کار را از این مقیاس بسیار کوچک به مقیاس بزرگتر [گسترش] می دهید، این فرآیند چقدر قابل اعتماد است.
منبع: drugdiscoverynews
مترجم: کیانوش کرمی