Các nhà nghiên cứu tạo ra những hạt tự động di chuyển nhờ motor protein giúp vận chuyển thuốc qua dịch cơ thể.
Mô phỏng robot bơi quanh vết thương. Ảnh: TechnoBarg
Samuel Sánchez, nhà khoa học ở Viện Kỹ thuật sinh học Catalonia tại Barcelona cho rằng robot nano có thể chở thuốc chữa ung thư hoặc kháng sinh qua dịch nhầy của cơ thể. Anh sử dụng hạt silica hình cầu đóng vai trò như khung gầm. Trên bề mặt hạt có những protein đặc biệt giúp đẩy hạt qua chất lỏng giống như động cơ nhỏ. Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí ACS Nano, Sánchez hợp tác với các nhà nghiên cứu thuốc kháng sinh. Họ đặt thuốc kháng sinh thử nghiệm trên robot nano silica, bao gồm thuốc chiết xuất từ nọc ong, để điều trị vết thương ở chuột. Robot nano thả ở một đầu của vết thương nhiễm trùng di chuyển qua da để điều trị toàn bộ khu vực. Đây là báo cáo đầu tiên về robot nano tiêu diệt vi khuẩn ở động vật.
"Chúng tôi nhận thấy toàn bộ vết thương dần phục hồi. Cỗ máy có thể di chuyển quanh vết thương và làm sạch chỗ nhiễm trùng", César de la Fuente, kỹ sư sinh học ở Đại học Pennsylvania, người chỉ đạo dự án cùng với Sánchez, cho biết.
Sánchez thiết kế robot nano vận chuyển thuốc tới chỗ nhiễm trùng bên trong dịch nhầy như bã nhờn. Theo anh, những nơi có độ nhờn cao hoặc độ khuếch tán thấp là nơi cần robot chuyển động.
Nhóm nghiên cứu của Sánchez tạo ra hai cỡ robot từ silicon dioxide silica) gồm hạt nano và vi hạt lớn hơn một chút. Họ sử dụng một protein mang tên urease để đẩy các hạt. Urease là enzyme biến urea trong cơ thể thành ammonia và carbon dioxide. Giống như động cơ xe hơi, enzyme đó biến phản ứng hóa học thành năng lượng cơ học. Urea chính là nhiên liệu. Sánchez chia sẻ bí quyết là bao phủ robot với các motor sắp xếp kiểu bất đối xứng. Các này cho phép robot di chuyển hỗn loạn từ điểm khởi đầu thay vì chạy vòng quanh.
Phòng thí nghiệm của De la Fuente cung cấp thuốc kháng sinh thử nghiệm gồm LL-37, peptide kháng sinh tự nhiên dài và K7-Pol, peptide tổng hợp ngắn hơn lấy từ nọc ong. Cả hai đều phân rã màng tế bào vi khuẩn, khiến chúng bị vô hiệu hóa. Trong phòng thí nghiệm, K7-Pol có tác dụng đối với kí sinh trùng và tế bào ung thư.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu chứng minh robot có thể bơi. Trong ống thử nghiệm chứa urea, robot đạt tốc độ lên tới 4 micromet mỗi giây. Sau đó, một số con chuột được tiêm robot chở thuốc LL-37 và số khác tiêm robot chở thuốc K7-Pol. Vết thương chỉ dùng thuốc kháng sinh mà không có robot chỉ hồi phục cục bộ. Số lượng vi khuẩn giảm 100 - 1.000 lần nhưng chỉ ở nơi đặt thuốc. Phần còn lại của vết thương vẫn diễn biến như thể chưa được điều trị. Nhưng robot nano mang thuốc kháng sinh không chỉ điều trị toàn bộ vết thương mà còn giảm số lượng vi khuẩn gấp 100 - 1.000 lần, tới mức độ hệ miễn dịch có thể xử lý.