Sdílet
19. dubna 2022
O mikrorobotech, okem nepozorovatelných inteligentních strojích, které dokážou rozpoznat nádorové buňky, operovat nebo třeba čistit životní prostředí od škodlivých látek, už se ve vědeckých kruzích ví, nejedná se o novinku. S čím ale přicházejí vědci z CEITEC Vysoké učení technické v Brně, za pozornost stojí. Svědčí o tom i zájem prestižního vědeckého časopisu Chemical Society Reviews, který práci mladé vědkyně Martiny Ussia a jejího vedoucího Martina Pumery publikoval, dokonce ji představil odbornému světu z titulní strany.
Budoucnost je v polymerech
V čem se liší už představené inteligentní mikrostroje od těch, na kterých pracuje Martina Ussia a její kolegové, je složení. Doposud vědci využívali k vytvoření mikrorobotů převážně anorganické materiály, jako jsou titan, platina nebo třeba železo. Nevýhoda těchto materiálů spočívá mj. v tom, že při jejich využití dochází dříve nebo později k nežádoucím vedlejším účinkům. Často navíc nejsou ekologické. Toho se vědci z CEITEC VUT chtějí vyvarovat. Inspirovali se přírodou a právě v polymerech vidí budoucnost.
Termín polymer pochází z řečtiny a značí mnoho částí. Jedná se o makromolekuly, tedy řetězce totožných molekul různých tvarů a velikostí. Vznikají tak četné skupiny polymerů, jejichž různorodé vlastnosti se snaží brněnští vědci využít při výrobě mikro- a nanorobotů. Pro lepší představu, existují přírodní a syntetické polymery. Z přírodních se skládají všechny živé organismy, jsou to třeba proteiny nebo nukleové kyseliny, apod.
„Polymery, jako jsou hydrogely reagující na podněty, měkká programovatelná hmota, gumovité elastomery a polymery na bázi tekutých krystalů (LCP), hrají zásadní roli při vytváření adaptivních mechanismů inteligentních mikrostrojů“ popisuje Martina Ussia. Upřesňuje, že se polymery při výrobě umělých systémů už využívají, převážně ale u větších robotů, v mikro- a nano- měřítku jen výjimečně.
Pohyb díky světlu, teplotě nebo třeba magnetickému poli
V článku Martina Ussia vyjmenovává způsoby, jak lze polymery využít k pohonu mikro- a nanorobotů v tekutém prostředí na základě rešerše nejnovějších výzkumů jiných vědců. K rozpohybování mikrostrojů využívají například světlo, teplo, zvukové nebo magnetické pole. Spojením těchto různými zdroji poháněných částic s mikroroboty dokážou docílit toho, že vzniká kontrolovatelný pohyb. Ten můžou využít k jakémukoli účelu v závislosti na vlastnosti dané skupiny použitých polymerů.
„Kolegové vytvořili samohybné PLGA mikroroboty (pozn. red. PLGA je kyselina polymléčná a glykolová, kopolymer), které mohou modulovat uvolňování léčiva doxycyklin-hiklanu (DOX) od několika dnů až po několik měsíců, a tím zajistit léčbu a prevenci parodontózy,“ uvádí Martina Ussia jeden z mnoha příkladů, který potvrzuje velký potenciál polymerů.
Léčba bez vedlejších účinků
Kvůli vzrůstajícím obavám o životní prostředí se dostaly do popředí polymery převážně díky jejich biodegradabilitě a biokompatibilitě. Už teď se využívají především v biomedicíně ke zlepšení řízeného podávání léčiv. V budoucnosti by mohla být medicína podle Martiny Ussia ještě dál. Právě díky mikro- a nanorobotům na bázi polymerů. Mají totiž potenciál plně nahradit dosavadní způsoby léčby, u nichž pozorujeme i negativní dopad. „Místo chemoterapie, která může mít devastující vedlejší účinky na člověka, můžeme využít tyto nanoroboty kontrolovatelné počítačem, které budou nádorové buňky ničit a po splnění mise prostě zmizí. Takhle se dají využít i místo antibiotik a vlastně na cokoli, co vás napadne. Místo prášků můžou léčit šetrné mikrostroje,“ přibližuje Martina Ussia.
Mikroroboti v akci. Některé už za rok, jiné za desítky let
V současné době se Martina Ussia zaměřuje na tři oblasti výzkumu – ničení bakterií ve vodě, rozpoznání a odstranění mikroplastů v oceánu a využití polymerů pro biomedicínu. Vše bez potřeby anorganického materiálu.
Nejdál je v první oblasti, kde se s kolegy snaží reagovat na vzrůstající rezistenci bakterií na antibiotika. Díky spolupráci s ostatními institucemi v Brně, jako je například Masarykova univerzita, a s některými zubaři, pracuje v čele s Martinem Pumerou na tom, jak pacientům se zubní protézou z titanu, kteří mívají častěji záněty, pomoci i bez antibiotik. „Je to vlastně voda s mikroroboty ve sklenici. Pacient si s ní vypláchne pusu a inteligentní okem nepozorovatelné stroje vyhledají a zničí bakterie. Tohle bychom rádi uvedli do praxe zhruba za rok,“ říká nadšená vědkyně.
Další využití chytrých strojů ale tak rychlé nebude. Největší mezerou ve výzkumu je nesnadná aplikace toho, co dokáže Martina a její kolegové většinou jen pod mikroskopem. Chybí totiž technologie i spolupráce vědců napříč obory. „Dokážeme naučit mikroroboty rozpoznávat nádorové buňky a odstranit je. Můžeme je aplikovat do těla třeba myši, ale už nevidíme, jak se chovají uvnitř. Nemáme na to přístroje. Pohyb a jejich biochemické schopnosti si tak můžeme pouze představovat a studovat odděleně,“ vysvětluje Martina Ussia. Dodává ale, že současným tempem vývoje to bude možné třeba za deset let.
Mezeru ve výzkumu by mohl zaplnit právě její úspěch z března, kdy článek, který publikovala spolu s Martinem Pumerou, s názvem Směrem k inteligenci mikrostrojů: potenciál polymerů, vydal jeden z nejvíce citovaných vědeckých časopisů. „Naším cílem je přilákat ke spolupráci vědce ze všech oborů, věříme, že se brzy ozvou,“ uzavírá s úsměvem a nadějí Martina Ussia.
Fotogalerie
Autor/ka
