Доставка лекарства в нужное место организма не менее важна, чем выбор правильного препарата. Для контроля над этим процессом команда разработчиков из Калифорнийского технологического института разработала крошечного медицинского робота. Конечно, эти простейшие микроскопические сферы не похожи на полноценных роботов, но создатели утверждают, что их можно перемещать по телу с помощью ультразвука или магнитов, что позволяет адресно доставлять лекарство.

Источник изображения: Калтех

Перед внедрением микроботов в организм, необходимо убедиться, что структура бота устойчива к высокому или низкому pH, присущему различным жидкостям организма. Бот также должен надёжно управляться и высвобождать препарат в нужной точке организма. Отработавшие микроботы должны полностью разложиться в организме, не оставляя после себя никаких токсичных материалов.

Команда разработчиков из Калтеха утверждает, что им удалось успешно решить все перечисленные задачи. Созданные ими роботы сделаны из биологически инертного гидрогеля, обладают высокой подвижностью, а их диаметр в 30 микрон достаточно мал, чтобы обеспечить проникновение практически в любую область тела.

Гидрогелевые сферы изготавливаются при помощи 3D-печати с использованием литографии с двухфотонной полимеризацией (TPP), технологии, впервые разработанной Институтом нанонауки Калтеха. Внутри сферы имеется полость, которая содержит микропузырьки воздуха. Терапевтическая нагрузка размещена во внешней оболочке, а внутренний пузырёк обеспечивает превосходный контраст при визуализации с помощью ультразвука, что позволяет легко отслеживать роботов после введения.

При воздействии акустического поля, создаваемого ультразвуком, микропузырьки вибрируют, приводя бота в движение при помощи возникающего «микропотока» из двух небольших отверстий. Наличие двух отверстий обеспечивает роботу гораздо большую манёвренность. В гидрогель, из которого создан бот, внедрены магнитные частицы, что позволяет управлять им с помощью магнитных полей.

Микроботы пока остаются лабораторными экспериментами, ни один человек ещё не подвергался лечению с их помощью. Но после отправки микроботов с химиотерапевтическими препаратами к месту опухоли у мышей было отмечено существенное уменьшение размера опухоли, тогда как традиционные методы лечения имели меньший эффект. Результаты эксперимента опубликованы в издании Science Robotics. В будущем разработчики надеются увидеть применение этой технологии при лечении людей.

Как сообщает издание MIT Technology Review, исследование, проводимое группой учёных во главе с нейрохирургом Самиром Шетом (Sameer Sheth) из техасского Медицинского колледжа Бэйлора, помогло разработать технологию, которая в будущем позволит не только диагностировать, но и лечить депрессии. Определённые результаты есть и сейчас, но они требуют чересчур инвазивного вмешательства в головной мозг пациентов.

Источник изображения: Paola Chaaya/unsplash.com

Пятеро добровольцев с симптомами депрессии, не поддающейся медикаментозному лечению, приняли участие в эксперименте, предусматривавшем вживление в мозг по 14 электродов, по 7 в каждое полушарие. Глубокая стимуляция мозга (DBS) с помощью импульсов электрического тока уже довольно давно используется для лечения определённых расстройств, например — для лечения симптомов эпилепсии или паркинсонизма, но депрессия является более сложным заболеванием — отчасти потому, что пока нет точного понимания того, что происходит с мозгом при таких расстройствах.

Известно, что врачи десятилетиями пытались лечить депрессию с помощью электродов и электрического тока, некоторые результаты даже были обнадёживающими, но стабильных успехов так и не удалось добиться. В начале 2020 года стартовал эксперимент, предусматривавший использование «декодера настроения» — технологии, позволяющей определить настрой пациента, просто отследив его мозговую активность. Учёные надеются, что использование технологии позволит им лучше понять, насколько глубока депрессия пациента и точнее размещать электроды для достижения максимального эффекта.

По словам Шета, результаты крайне многообещающие. Он и его коллеги смогли не только связать специфическую активность мозга с настроением, но и нашли способ улучшать его электротоком. «Это первая демонстрация успешного и устойчивого декодирования настроения людей в этих регионах мозга», — заявил нейрохирург.

DBS обычно предусматривает размещение одного или двух электродов глубоко в мозг для передачи электрических импульсов в точно обозначенные участки. Учёные пытаются выяснить, как с помощью таких методик можно лечить не только паркинсонизм, но и заболевания вроде обсессивно-компульсивных расстройств, пищевых расстройств и депрессий. К сожалению, ряд исследований, проведённых в 2000-е годы, не дал стабильных результатов в случае пациентов, резистентных к антидепрессантам. После того как два крупных исследования в этой области не увенчались успехом, тесты были в основном свёрнуты — отработанной технологии пока не существует.

По данным Шета, его команда прибегла к методике, иногда применяемой при лечении эпилепсии, не поддающейся коррекции с помощью лекарств. В таких случаях врачи вживляют электроды в разные участки мозга, чтобы определить, где именно начинаются судороги. После этого происходит либо электростимуляция участков мозга, либо их удаление.

Впрочем, депрессия не возникает в одном определённом участке, поэтому пришлось вживлять по 7 электродов в каждом полушарии (некоторые временно) для определения мозговых «шаблонов», характерных для того или иного настроения. Также исследователи экспериментировали с типами и интенсивностью стимуляции.

Источник изображения: Josh Riemer/unsplash.com

Операцию по вживлению электродов провели первому добровольцу под общим наркозом, по два постоянных DBS-электрода вживили в те регионы полушарий, которые, как считается, связаны с депрессией. Ещё по пять временных электродов вживили в полушария на участках, отвечающих за настроение и когнитивные способности.

Как сообщает издание MIT, во время операции подопытного приходилось регулярно приводить в чувство, чтобы спросить — как он себя чувствует. Через 9 дней команда удалила 10 временных электродов, оставив только 4, которые подключили к источнику питания, вживлённому в грудную клетку (с возможностью подзарядки) — стимуляция действительно помогла поддерживать настроение подопытного.

При этом учёные считают, что метод не получит массового применения, поскольку он является весьма инвазивным, отнимающим много времени и дорогим, а только в США страдают депрессией миллионы человек. Вместо этого остаётся надежда обнаружить закономерности в местах «локализации» депрессий и использовать менее многочисленные DBS-электроды для лечения.

Исследователи надеются, что в будущем будут разработаны методы неинвазивного сканирования, не требующие вживления многочисленных электродов для диагностики и поиска оптимального места для вживления, позволяющие оценить не только наличие депрессии, но и её степень. Сам участник эксперимента заявляет, что врачи буквально спасли ему жизнь.

Впрочем, в любом случае возникнет и ряд проблем — начиная с невозможности точной диагностики из-за разницы человеческих организмов, до этических — не исключено, что многие не пожелают, чтобы, например, работодатель знал об их состоянии.