Ученые из Гавайского университета в Маноа (UH Mānoa) совместно с коллегами из Университета Севильи в Испании совершили прорыв в разработке микроскопических роботов, способных автономно перемещаться к химическим сигналам. Эти наноразмерные устройства, известные как частицы Януса, могут стать основой для революционных методов точной доставки лекарств, а также для диагностики повреждений материалов.
Используя принцип хемотаксиса – способности живых организмов двигаться в направлении химического градиента – частицы Януса «плывут» к источнику химического сигнала, подобно бактериям, стремящимся к питательным веществам. Этот механизм позволяет им направляться непосредственно к пораженным тканям или участкам, выделяющим специфические химические вещества, тем самым повышая эффективность лечения и снижая вероятность побочных эффектов.
Особенностью исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Soft Matter в 2024 году, стало обнаружение влияния формы частиц на их способность удерживать позицию. Как выяснилось, частицы Януса вытянутой, стержневидной формы демонстрируют значительно лучшую стабильность и способность «парить» над источником химического сигнала, в отличие от сферических частиц, которые склонны к дрейфу.
Эта разница в поведении критически важна для реализации точечной доставки лекарств. Представьте себе, что лекарство, помещенное внутрь такой частицы, доставляется непосредственно к пораженным клеткам, а не распространяется по всему организму, тем самым минимизируя побочные эффекты, что особенно актуально для химиотерапии или других агрессивных методов лечения.
Вивиана Манкузо, аспирантка UH Mānoa, подчеркивает, что это исследование приближает нас к созданию «умных» микроскопических устройств, способных доставлять лекарства именно туда, где это необходимо, фактически, предоставляя целевую и прецизионную доставку на клеточном уровне. Примечательно, что частицы, используя механизм самофореза, могут самостоятельно находить цели из разных случайных положений и ориентаций.
Помимо медицинского применения, данная технология имеет потенциал для использования в промышленности. Способность частиц Януса обнаруживать специфические химические вещества, выделяемые поврежденными материалами, например, при коррозии металла, открывает возможности для разработки новых методов диагностики и контроля состояния материалов и конструкций.
Команда исследователей под руководством Уильяма Успала и при участии Михаила Попеску из Университета Севильи провела тщательный анализ поведения частиц Януса в лабораторных условиях. Основным результатом их работы стало понимание того, как форма частицы влияет на ее хемотаксис и способность к удержанию позиции.
В будущем исследователи планируют сосредоточить усилия на тестировании эффективности микроскопических роботов в более сложных, биологически имитирующих средах. Это позволит получить более полное представление об их поведении в реальных условиях и приблизить время, когда точечная доставка лекарств с использованием частиц Януса станет рутинной медицинской практикой.
Проведенные исследования представляют собой важный шаг на пути к созданию автономных микроскопических устройств, способных не только доставлять лекарства, но и выполнять другие сложные задачи на клеточном и даже молекулярном уровнях. Это открывает совершенно новые горизонты в медицине, инженерии и других областях науки и техники.
Статья под названием «Chemotactic behavior for a self-phoretic Janus particle near a patch source of fuel» была опубликована Вивианой Манкузо, Уильямом Успалом и Михаилом Попеску в журнале Soft Matter в 2024 году. DOI статьи – 10.1039/d3sm01689a.
Изображение носит иллюстративный характер
Используя принцип хемотаксиса – способности живых организмов двигаться в направлении химического градиента – частицы Януса «плывут» к источнику химического сигнала, подобно бактериям, стремящимся к питательным веществам. Этот механизм позволяет им направляться непосредственно к пораженным тканям или участкам, выделяющим специфические химические вещества, тем самым повышая эффективность лечения и снижая вероятность побочных эффектов.
Особенностью исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Soft Matter в 2024 году, стало обнаружение влияния формы частиц на их способность удерживать позицию. Как выяснилось, частицы Януса вытянутой, стержневидной формы демонстрируют значительно лучшую стабильность и способность «парить» над источником химического сигнала, в отличие от сферических частиц, которые склонны к дрейфу.
Эта разница в поведении критически важна для реализации точечной доставки лекарств. Представьте себе, что лекарство, помещенное внутрь такой частицы, доставляется непосредственно к пораженным клеткам, а не распространяется по всему организму, тем самым минимизируя побочные эффекты, что особенно актуально для химиотерапии или других агрессивных методов лечения.
Вивиана Манкузо, аспирантка UH Mānoa, подчеркивает, что это исследование приближает нас к созданию «умных» микроскопических устройств, способных доставлять лекарства именно туда, где это необходимо, фактически, предоставляя целевую и прецизионную доставку на клеточном уровне. Примечательно, что частицы, используя механизм самофореза, могут самостоятельно находить цели из разных случайных положений и ориентаций.
Помимо медицинского применения, данная технология имеет потенциал для использования в промышленности. Способность частиц Януса обнаруживать специфические химические вещества, выделяемые поврежденными материалами, например, при коррозии металла, открывает возможности для разработки новых методов диагностики и контроля состояния материалов и конструкций.
Команда исследователей под руководством Уильяма Успала и при участии Михаила Попеску из Университета Севильи провела тщательный анализ поведения частиц Януса в лабораторных условиях. Основным результатом их работы стало понимание того, как форма частицы влияет на ее хемотаксис и способность к удержанию позиции.
В будущем исследователи планируют сосредоточить усилия на тестировании эффективности микроскопических роботов в более сложных, биологически имитирующих средах. Это позволит получить более полное представление об их поведении в реальных условиях и приблизить время, когда точечная доставка лекарств с использованием частиц Януса станет рутинной медицинской практикой.
Проведенные исследования представляют собой важный шаг на пути к созданию автономных микроскопических устройств, способных не только доставлять лекарства, но и выполнять другие сложные задачи на клеточном и даже молекулярном уровнях. Это открывает совершенно новые горизонты в медицине, инженерии и других областях науки и техники.
Статья под названием «Chemotactic behavior for a self-phoretic Janus particle near a patch source of fuel» была опубликована Вивианой Манкузо, Уильямом Успалом и Михаилом Попеску в журнале Soft Matter в 2024 году. DOI статьи – 10.1039/d3sm01689a.
