Científicos del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen desarrollan micro/nanorobots autoadaptativos de doble biomotor para terapia de inflamación gastrointestinal

 Publicado originalmente por la Academia China de Ciencias, el 22 de febrero de 2023

 

Micro / nanorobots de levadura utilizan un motor doble para autopropulsarse en entornos gastrointestinales intraluminales y extraluminales. Crédito: SIAT

Los micro / nanorobots con capacidades de autopropulsión y de navegación automática han atraído gran atención por parte de los investigadores como medio para la administración de fármacos y aplicación de terapias, debido a que ofrecen la posibilidad de controlar su locomoción en tejidos corporales de difícil acceso.

Sin embargo, el desarrollo de micro / nanorobots autoadaptativos, que puedan ajustar sus mecanismos de conducción a través de múltiples barreras biológicas para llegar a lesiones distantes, sigue siendo un desafío.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Cai Lintao del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado un micro / nanorobot de levadura de doble biomotor (TBY-robot por sus siglas en inglés) con capacidades de autopropulsión y autoadaptación que pueden navegar de forma autónoma a zonas inflamadas para proporcionar terapia de inflamación gastrointestinal a través del interruptor enzima-macrófago (EMS por sus siglas en inglés).

Este estudio fue publicado en Science Advances el 22 de febrero.

Los investigadores construyeron el robot TBY inmovilizando asimétricamente la glucosa oxidasa y la catalasa sobre la superficie de microcápsulas de levadura que incluían paquetes de nanopartículas antiinflamatorias. Con una concentración de glucosa homogénea, la posición de las enzimas en configuración Janus puede catalizar la descomposición de la glucosa, generando un gradiente de glucosa local que induce la autopropulsión del robot TBY.

En presencia de un gradiente enteral de glucosa, los robots TBY se mueven hacia el gradiente de glucosa para penetrar la barrera de la mucosa intestinal y luego cruzar la barrera epitelial intestinal por Transcitosis de células microplegadas. "Descubrimos que los robots TBY penetraron efectivamente la barrera mucosa y mejoraron notablemente su retención intestinal utilizando un motor dual impulsado por enzimas que se mueven hacia el gradiente enteral de glucosa", dijo el profesor Cai. 

Después de que los robots TBY conmuten a biomotor macrófago en los parches de Peyer, migran de forma autónoma a zonas inflamadas del tracto gastrointestinal utiizando macrófagos guiados por quimiocinas para la entrega. "Resultó alentador observar que los robots TBY aumentaron aproximadamente 1000 veces la acumulación de medicamentos en la zona inflamada, atenuando notablemente la inflamación y mejorando la patología de la enfermedad en ratones con colitis y úlceras gástricas", dijo el profesor Cai.

 

Entrategia EMS de robots TBY para el transporte a larga distancia a través de múltiples barreras biológicas. Créditos: SIAT

Esta estrategia de entrega usando dos biomotores es un proceso basado en secuencias que utilizan EMS, con los parches de Peyer como estaciones de transferencia. Este proceso puede transportar con precisión la terapia necesaria a través de múltiples barreras biológicas, hasta zonas distantes afectadas por enfermedades profundamente arraigados.

"La ruta de transporte es similar a la del Servicio de Correo Express, que entrega con precisión paquetes a un destino distante, utilizando diferentes instalaciones de transporte", dijo el Prof. Cai. Estos robots biológicos TBY autoadaptables representan una estrategia segura y prometedora para el tratamiento de precisión de la inflamación gastrointestinal y otras enfermedades inflamatorias.

Información adicional: Baozhen Zhang et al, Micro / nanorobots autoadaptativos de doble biomotor que emplean la actuación enzimática y el relé de macrófagos para la terapia de inflamación gastrointestinal, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adc8978.

 Información de la revista: Science Advances www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc8978

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