Micro-nadadores: pequenos bots podem em breve entregar remédios pela corrente sanguínea
Guiados por ondas de ultrassom, enxames de microrrobôs poderão em breve ser usados para fornecer medicamentos a locais específicos do corpo.
Imagem de micro nadador. (Crédito: Luo et al.)
Principais conclusões- Os cientistas estão explorando maneiras de entregar medicamentos a alvos específicos no corpo usando microrrobôs que nadam pela corrente sanguínea.
- Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Cornell desenvolveu um tipo de 'micro-nadador' que é alimentado por ondas de ultra-som.
- Enxames desses bots minúsculos podem algum dia estar percorrendo os corpos dos pacientes, entregando doses pequenas, mas eficazes de medicamentos em locais específicos.
Desenvolver novas maneiras de administrar medicamentos é uma das aplicações potenciais mais interessantes da nanotecnologia. A ideia é que enxames de pequenos bots possam um dia nadar pelo corpo humano e levar medicamentos diretamente ao seu alvo. Isso permitiria que as pessoas tomassem doses menores, mas mais eficazes, do medicamento, levando idealmente a menos efeitos colaterais e toxicidades, porque o medicamento não precisaria percorrer toda a corrente sanguínea para chegar ao destino pretendido.
Entregar medicamentos dessa maneira pode ser possível em breve. Inspirado pelas formas como as células se movem por todo o corpo, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Cornell desenvolveu micronadadores triangulares, impressos em 3D e do tamanho de células. Além de serem muito legais, os bots não têm baterias pesadas – a propulsão vem de fora na forma de ondas de ultrassom que controlam duas pequenas bolhas de ar nas costas dos bots. Os pesquisadores descreveram seu trabalho em um artigo publicado na revista Laboratório em um chip .
Inspiração natural
O mundo natural pode inspirar tecnologias inovadoras. O aviador francês Jean-Marie Le Bris, que construiu e voou um dos primeiros planadores do mundo, teve sua ideia para uma máquina voadora ao observar o voo gracioso do albatroz. Na década de 1940, o engenheiro suíço George de Mestral estava passeando pelos Alpes e notou como as sementes de bardana grudavam teimosamente em suas roupas de lã, despertando a ideia de criar o velcro.
O novo desenvolvimento foi inspirado da mesma forma pela natureza, mas em uma escala muito menor. Por mais de uma década, a equipe estudou as maneiras pelas quais microorganismos como bactérias e células cancerígenas se comunicam e migram dentro do corpo. Nessas escalas microscópicas, os mecanismos naturais podem ensinar muito aos cientistas. Afinal, células como espermatozóides e bactérias – que inspiraram o design dos micronadadores – aprimoraram suas funções únicas ao longo de milhões de anos de evolução.
Para desenvolver os micronadadores, os pesquisadores primeiro experimentaram um nadador em forma de bactéria com um flagelo ondulante que poderia mover o bot para a frente, mas eles acabaram chegando a um beco sem saída. No entanto, no prazo de seis meses após o acesso ao NanoScribe – um sistema de litografia a laser que imprime estruturas 3D diretamente em resina fotossensível – os pesquisadores desenvolveram a forma atual dos bots.
O recurso de design mais importante do micro-nadador é o par de cavidades gravadas em suas costas. Como a resina da qual o bot é feito é hidrofóbica, quando submerso em líquido, uma bolha de ar fica presa em cada cavidade, sendo uma maior que a outra. Essas bolhas são, de certa forma, o motor do micro-nadador.
Os micronadadores são movidos por ondas de ultra-som direcionadas para os bots do lado de fora, eliminando a necessidade de os bots carregarem uma fonte de energia interna. As ondas sonoras essencialmente alimentam as bolhas de ar. As ondas de ultra-som são sons super agudos, além do alcance da audição humana, por isso são silenciosos para nós (se não para cães). Isso os torna viáveis para uso em ambientes laboratoriais e clínicos. A Food and Drug Administration dos EUA os considera seguros para estudos clínicos.
Quando as ondas de ultrassom são direcionadas para as bolhas, elas as excitam, fazendo com que produzam vórtices que empurram o bot para frente. Embora tenha havido outros microbots experimentais de bolha única antes, a equipe por trás do estudo recente é a primeira a utilizar um par de bolhas, proporcionando-lhes um novo nível de controle de navegação.
Ao alterar a frequência de ressonância das ondas de ultrassom, os pesquisadores podem gerar mais ou menos movimento para frente em ambos os lados do bot ou ajustar as frequências para que as bolhas empurrem igualmente. De maneira semelhante à maneira como um remador move ou gira um barco a remo, ajustando a força de cada remo, os pesquisadores podem direcionar facilmente o bot para onde querem que ele vá trabalhando as bolhas individualmente ou em conjunto.
Enxames de micronadadores
Uma vez que o material de resina é substituído por algo biodegradável, enxames de micronadadores portadores de remédios poderiam teoricamente ser implantados no corpo de um paciente sem causar danos. O envio de enxames de micronadadores é a chave para a estratégia dos pesquisadores, como disse o coautor do estudo, Mingming Wu. Crônica de Cornell :
Para a entrega de medicamentos, você pode ter um grupo de nadadores micro-robóticos e, se um deles falhar durante a jornada, isso não é um problema. É assim que a natureza sobrevive. De certa forma, é um sistema mais robusto. Menor não significa mais fraco. Um grupo deles é invencível. Eu sinto que essas ferramentas inspiradas na natureza normalmente são mais sustentáveis, porque a natureza provou que funciona.
Neste artigo, a biotecnologia Humans of the Future medicina inovadoraCompartilhar:
