Leichtbetriebene phagozytische Makrophagen-Mikrorobot kombiniert Immunfunktionen mit Roboterkontrollierbarkeit

Makrophagen und andere Immunzellen sind die natürlichen Immunkrieger unseres Körpers, die den Körper gegen eindringende Krankheitserreger und Krebszellen verteidigen. Trotz ihrer angeborenen „Kampf“ -Funktionen ist es schwierig geblieben, diese Zellen genau zu leiten und zu aktivieren. In den letzten Jahren hat die Entstehung von Biomikrorobots ein großes Potenzial gezeigt, diese „natürlichen Soldaten“ mit externen physikalischen Feldern und biomimetischen Designs in steuerbare Funktionseinheiten umzuwandeln. Vorhandene Ansätze beruhen jedoch typischerweise auf magnetische, akustische oder optische Felder, um die Zellbewegung voranzutreiben, aber es ist schwierig, ihre biologischen Funktionen abzustimmen. Außerdem erfordern diese Methoden exogenes Material oder genetische Modifikation, wodurch schwerwiegende Bedenken hinsichtlich der Biosicherheit und der Immunabrechnung ausgelöst werden.

In einem neuen Papier veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und AnwendungenEin Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Hongbao Xin von der Jinan University, China, hat einen lichtbetriebenen phagozytischen Makrophagen-Mikrorobot („Phagobot“) entwickelt, das angeborene Immunfunktionen mit Roboterkontrollierbarkeit kombiniert. Der Phagobot kann „aufgeweckt“ und einfach mit einem dicht fokussierten Leichtstrahl (Nahinfrarot) navigiert werden.

„Wir wollten einen Weg finden, Immunzellen mit der gleichen Präzision wie Maschinen zu kontrollieren, ohne jedoch ihre natürlichen Stärken wegzunehmen“, sagte Professor Xin, der entsprechende Autor der Studie. „Mit dieser optischen Kontrollstrategie mit zwei Moden bleiben Makrophagen völlig natürlich, aber sie können genau angewiesen werden, sich in vitro und in vivo zu bewegen, zu suchen und zu Phagozytose von Bio-Bedrohungen.“

Der Prozess beginnt mit einem fest fokussierten NIR -Laserstrahl (1064 nm), der sich auf der Oberfläche ruhender Makrophagen konzentriert. Innerhalb weniger Minuten löst der lokalisierte phototherme Effekt temperaturempfindliche Ionenkanäle in der Zellmembran aus, wodurch Kalzium in die Zelle stürzt. Diese Kettenreaktion aktiviert den Energiestoffwechsel der Zelle und führt zu einem Ausbruch von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), was ein Kennzeichen für die Aktivierung von Makrophagen ist. Infolgedessen transformiert sich das Makrophagen, das flexible „Arme“ als Pseudopodien bezeichnet wird und Wirkung bereitet.

Es ist wie ein biologischer Schalter mit Licht. Das Licht bewegt nicht nur die Zelle. Es verwandelt die Zelle in einen Krieger. „

Xing Li, der Erstautor und Doktorand der Zeitung an der Jinan University

Die erweiterte Pseudopodie im aktivierten Makrophagen kann wie winzige Antennen wirken, um Veränderungen in der extrazellulären Mikroumgebung zu erfassen. Die Forscher verwendeten sanfte optische Kräfte, um die Pseudopodien zu manipulieren, und ermöglichten eine präzise Richtungskontrolle. Auf diese Weise könnte der Phagobot mit hoher räumlicher Genauigkeit zu Zielstellen navigiert werden.

„Andere Biomikrorobots, die sich auf magnetische oder akustische Felder verlassen, um ganze Zellen zu drücken, die zwangsläufig die Zellaktivität und den Immunzustand stören können. Im Gegensatz dazu wirkt diese Methode auf subzellulärer Ebene und führt dazu, dass die Pseudopodien nur die Pseudopodien. sagte der mit dem Mitarbeitern besprechende Autor, Associate Professor Ting Pan.

In Labortests zeigte der Phagobot eine bemerkenswerte Effizienz bei der Targeting und dem Verschwinden einer Vielzahl von Bio-Bedrohungen, einschließlich Staphylococcus aureusHefezellen, plastische Nanopartikel und Tumorzellenabfälle. Das System hat auch seine Leistung in vivo bewiesen. Unter Verwendung von Zebrafischmodellen bezeichneten Forscher, die Makrophagen mit fluoreszierenden Markern markierten und sie in der komplexen, ständig bewegenden Darmumgebung erfolgreich aktivierten und navigierten. Dort fanden und löschten die Phagobots Zellträger und lösten sich auch nach längerer Lichtbelastung, ohne sichtbare Gewebeschäden zu verursachen.

„Dieser Ansatz überwindet die beiden Haupt Engpässe im Bereich der Biokrorobots: Externe Antriebssysteme können nur die Zellen zum Bewegen und die Notwendigkeit synthetischer oder genetischer Modifikationen antreiben. Es bietet eine nicht genetische Plattform für die In-vivo-Immunintervention, die vielversprechende Anwendungen in gezielter Therapie und Präzisions-Immunmodulation anbietet.„Diese Wissenschaftler sind zusammengefasst.

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