מקרופאגים ותאי חיסון אחרים הם לוחמי החיסון הטבעיים של גופנו, ומגנים על הגוף מפני הפולשים לפתוגנים ותאי סרטן. עם זאת, למרות יכולות ה"קרב "המולדות שלהם, במדויק הכוונה והפעלת תאים אלה in vivo נותרה מאתגרת. בשנים האחרונות הופעתם של ביו-מיקרורובוטים הראתה פוטנציאל רב להמיר את "החיילים הטבעיים" הללו ליחידות פונקציה הניתנות לשליטה באמצעות שדות פיזיים חיצוניים ועיצוב ביומימטי. עם זאת, גישות קיימות מסתמכות בדרך כלל על שדות מגנטיים, אקוסטיים או אופטיים כדי להניע את תנועת התאים, אך קשה לכוונן את תפקידיהם הביולוגיים. חוץ מזה, שיטות אלה דורשות שינוי חומר אקסוגני או שינוי גנטי, מה שמגדיל חששות ביו-בטיוניים רציניים ודחיית חיסונית.
במאמר חדש שפורסם ב אור: מדע ויישומיםצוות מדענים בראשות פרופסור הונגבאו שין מאוניברסיטת ג'ינאן, סין, פיתח מיקרו-מקרופאג פגוציטי המופעל על ידי אור ("פגובוט") המשלב תפקודים חיסוניים מולדים עם שליטה רובוטית. ניתן "להעיר את הפגובוט" ולנווט בפשטות באמצעות קרן אור קרוב לאינפרא אדום (NIR).
פרופ 'שין, המחבר המתאים למחקר, אמר כי "רצינו למצוא דרך לשלוט בתאי חיסון באותה דיוק כמו מכונות, אך מבלי להסיר את חוזקותיהם הטבעיות. "בעזרת אסטרטגיית בקרה אופטית כפולה זו, מקרופאגים נשארים טבעיים לחלוטין, ובכל זאת ניתן להנחות אותם במדויק להזיז, לחפש ולפגוציטוזיס של איומים ביולוגיים הן במבחנה והן in vivo."
התהליך מתחיל עם קרן לייזר NIR ממוקדת היטב (1064 ננומטר) המתמקדת על פני מקרופאגים מנוחה. תוך מספר דקות, האפקט הפוטותרמי המקומי מעורר תעלות יון רגישות לטמפרטורה בקרום התא, וגורם לסידן למהר לתא. תגובת שרשרת זו מפעילה את חילוף החומרים האנרגטי של התא ומובילה לפרץ של מיני חמצן תגובתי (ROS), המהווה סימן ההיכר של הפעלת מקרופאג. כתוצאה מכך, המקרופאג הופך, ומרחיב "זרועות" גמישות הנקראות pseudopodia, מוכן לפעולה.
זה כמו להעיף מתג ביולוגי עם אור. האור לא רק מזיז את התא. זה הופך את התא ללוחם. "
שינג לי, הסופר הראשון של העיתון וסטודנט לתואר שלישי באוניברסיטת ג'ינאן
הפסאודופודיה המורחבת במקרופאג מופעל יכולה להתנהג כמו אנטנות זעירות כדי לחוש שינויים בסביבה המיקרו -תאי החוץ תאי. החוקרים השתמשו בכוחות אופטיים עדינים כדי לתפעל את הפסאודופודיה, מה שמאפשר שליטה כיוונית מדויקת. באופן זה ניתן לנווט את הפגובוט לעבר מיקומי יעד עם דיוק מרחבי גבוה.
"מיקרורובוטים אחרים המסתמכים על שדות מגנטיים או אקוסטיים כדי לדחוף תאים שלמים, מה שעלול להפריע באופן בלתי נמנע בפעילות התאים ומצב החיסון. בניגוד, שיטה זו פועלת ברמה התת-תאית, ומנחה רק את הפסאודופודיה. זה שומר על שאר התא ללא הפרעה, וממיק את תאי החיסון נודדים באופן טבעי ברמה." אמר הכותב המתאם משותף, פרופסור חבר טינג פאן.
בבדיקות מעבדה, הפגובוט הראה יעילות מדהימה במיקוד ובבלבול מגוון של איומים ביולוגיים, כולל Staphylococcus aureusתאי שמרים, חלקיקי פלסטיק ופסולת תאי גידול. המערכת הוכיחה גם את כוחה in vivo. בעזרת מודלים של דג הזברה, החוקרים תייגו מקרופאגים עם סמני פלורסנט והפעילו אותם וניווטו בהצלחה בסביבת הבטן המורכבת והמתנה. שם, הפגובוטים ממוקמים ופינו פסולת סלולרית מבלי לגרום נזק לרקמות גלוי גם לאחר חשיפה ממושכת של אור.
"גישה זו מתגברת על שני צווארי הבקבוק העיקריים בתחום ביו-מיקרורובוטים: מערכות נהיגה חיצוניות יכולות רק להניע את התאים לנוע ואת הצורך בשינויים סינתטיים או גנטיים. היא מספקת פלטפורמה לא גנטית להתערבות חיסונית vivo, ומציעה יישומים מבטיחים בטיפול ממוקד ובחיסוני דיוק," מדענים אלה סיכמו.
