EN / DA
Sygdom og behandling

Mikromotorer kan flytte rundt på levende celler

Forskere har opfundet mikroskopiske motorer, der skaber hydrogeler i realtid, som kan indfange og flytte rundt på levende celler. Denne opdagelse giver store medicinske muligheder og potentialer for bedre at designe væv – både uden for og inden i kroppen.

Forskere fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU) har gjort noget, som ingen andre har kunnet gøre før.

For første gang nogensinde er det lykkedes dem at designe mikroskopiske motorer – selvstyrende mikrobotter – der kan indfange små partikler, som for eksempel levende celler eller mikropartikler, og flytte rundt på dem. Ligesom en edderkop laver sit spind, kan disse mikrobotter udsende en lang, trådlignende hale af gel og med dén fange og flytte rundt på celler.

Opdagelsen rummer store medicinske muligheder, da potentialet er, at mikrobotterne meget præcist kan dirigere medicin det rigtige sted hen i kroppen eller flytte rundt på celler enten i kroppen eller i laboratoriet.

”Vores studie er det første til at vise lokal hydrogel polymerisation i realtid ved hjælp af en kunstig ’mikrosvømmer’, der kan indfange celler og andre mikropartikler og flytte rundt på dem. Inden for medicinske frontlinje-forskningsfelter – fra målrettet medicinering til biomimetik – er dette det første skridt på vejen mod at bringe disse felter et langt skridt videre,” fortæller førsteforfatteren bag det nye studie, postdoc Sarvesh Kumar Srivastava fra Institut for Sundhedsteknologi ved DTU i Lyngby.

Det nye studie blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Advanced Materials.

Mikrobotter kan styres med magneter

Mikrobotterne er konstrueret som små, hule cylindere, der er skabt med en resin ved navn SU-8, som forskerne derefter fylder ud med en hydrogel reaktionsblanding.

En hydrogel består af et netværk af polymerkæder, som kan optage store mængder vand uden selv at blive opløst eller deformeret. Hydrogeler benyttes blandt andet som stilladser i konstruktionen af væv i laboratoriet. De fleste mennesker kender måske bedst til hydrogeler fra baby-bleer, hvor hydrogelen benyttes til at absorbere urin.

Når forskerne tager mikrobotterne og dumper dem ned i en væske, aktiveres de og danner lange, trådlignende hydrogel-haler, som skyder dem fremad. Med halen kan en mikrobot indfange såvel celler som andre partikler, og ved at gøre mikrobotterne magnetiske kan forskerne meget præcist kontrollere, hvor de skal bevæge sig hen, og hvilke celler eller partikler de skal indfange.

”Vi kan magnetisk kontrollere en mikrobot og placere den i nærheden af dén celle, den skal indfange, eller få den til at vikle sin hydrogel-hale rundt om cellen. Derudover er vores mikrobotter biokompatible, hvilket vil sige, at de celler, som vi indfanger med mikrobotterne, opfører sig, som celler skal. Det gør, at vi muligvis vil kunne bruge mikrobotterne inden i levende organismer i den nære fremtid,” forklarer Sarvesh Kumar Srivastava.

Levere kemoterapi direkte i en tumor eller skabe organer i et laboratorium?

Selvom der er lang vej, før disse forskeres TRAP-teknologi (thread-like radical polymerization via autonomously propelled bots) kan revolutionere medicinalindustrien, kan vi alligevel godt tillade os at smugkigge lidt på de muligheder, som teknologien kunne bringe med sig.

For det første kan denne teknologi benyttes til at fragte medicin derhen i kroppen, hvor der er brug for den. Mikrobotterne er dækket af et tyndt lag metal, og det gør, at lægerne kan bruge magnetisme til at samle mikrobotterne netop dét sted i kroppen, hvor de gerne vil have dem til at aflevere deres last af medicin. Det kunne fx være kemoterapi, der afleveres midt i en tumor.

For det andet kan man forestille sig, at mikrobotterne kan benyttes til at designe væv i laboratoriet. Med mikrobotterne kan forskere og læger flytte rundt på eksempelvis stamceller og få dem til at udvikle sig til netop dén celletype, der er brug for. Det kan være, at forskerne skal bruge nerveceller i et organ, og så kan de med mikrobotterne flytte nervecellerne derhen i organet, hvor der er brug for dem.

”Dannelse af hydrogeler i realtid, indfangelse af celler og magnetisk kontrol giver os effektive alternativer til de nuværende metoder til at danne komplekse mikrosystemer,” forklarer en anden medforfatter, postdoc Fatemeh Ajalloueia fra DTU.

Kan de også benyttes inden i mennesker?

Mikrobotterne kan måske også bruges til at designe væv og organer i cellekulturer – og endda inden i mennesker.

Nogle former for vævsskader, fx hjerneskader, er i dag uoprettelige, men måske bliver det i fremtiden muligt at få mikrobotter til at fragte nye hjerneceller hen til de steder i hjernen, hvor visse celler er gået tabt.

Inden for biomimetik er det også muligt at forestille sig, at mikrobotterne kan benyttes til at lave gnidningsfrie overgange mellem mennesker og eksempelvis et kunstigt ben eller en pacemaker og derved gøre den kunstige del til en ”naturlig” del af mennesket.

”Vi forestiller os, at vi i fremtiden kan skabe sundt væv og sunde organer ved at flytte celler rundt og få dem til at udvikle sig til forskellige celletyper på helt specifikke steder,” siger Sarvesh Kumar Srivastava om en idé, der umiddelbart lyder som science fiction, men som har et stort potentiale inden for organtransplantation og medicinske teknologier.

Artiklen ”Thread-like radical-polymerization via autonomously propelled (TRAP) bots” er udgivet i Advanced Materials. Medforfatter Anja Boisen modtog i 2017 støtte af Novo Nordisk Fonden til projektet ”MIMIO – Microstructures, Microbiota and Oral Delivery”.

Sarvesh Kumar Srivastava
Postdoc
Drug delivery and Sensing In the IDUN section, we are working on micro- and nano sensor development and microdevices for drug delivery. The sensor projects are focusing on micro- and nanosensors as resonating strings, surface enhanced Raman scattering, electrochemistry on a disc and Raman spectroscopy. With these we can for example measure resonance frequency shifts of nanograms of material, perform rapid diagnostics and studies of molecular action of drugs and obtain finger-print spectra to identify unknown compounds. Furthermore, we are focusing on micrometer sized containers as an oral drug delivery system. The microcontainers are fabricated in polymeric material. Following the fabrication, the microcontainers are loaded with drug using methods such as embossing, inkjet printing and supercritical impregnation. The drug-loaded microcontainers are then coated with a polymeric lid, and the microcontainers are tested in vitro and in vivo for oral drug delivery of for example insulin, antibiotics and vaccines.