استفاده از نانولیپوزوم برای تصویربرداری از میکروربات ها در بدن - وبلاگ به آبادی

به گزارش وبلاگ به آبادی، محققان مرکز سیستم های یادگیری ETH به تازگی روشی برای تصویربرداری ارائه نموده اند که می توان میکروربات هایی با میزان سلول را به صورت جداگانه و با وضوح بالا در یک موجود زنده تشخیص داد.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ به آبادی، میکروربات ها پتانسیل ایجاد انقلاب در پزشکی را دارند. محققان مرکز سیستم های یادگیری ETH در ماکس پلانک به تازگی روشی برای تصویربرداری ارائه نموده اند که با استفاده از آن، می توان میکروربات هایی با مقدار سلول را به صورت جداگانه و با وضوح بالا در یک موجود زنده تشخیص داد.

چگونه می توان لخته خون را بدون هیچ جراحی از مغز خارج کرد؟ چگونه می توان دارو را دقیقاً به اندام بیمار که دسترسی به آن سخت است، رساند؟

این ها تنها دو نمونه از نوآوری های بی شماری است که به وسیله محققان در زمینه میکرورباتیک پزشکی پیش بینی شده است. ربات های کوچک قول می دهند که درمان های پزشکی آینده را اساساً تغییر دهند: روزی می توانند به وسیله عروق بیمار حرکت نموده تا عامل بیماری را از بین ببرند، با عفونت ها مبارزه نمایند یا اطلاعات تشخیصی دقیق را به طور کاملا غیرتهاجمی ارائه نمایند. محققان استدلال می نمایند، سیستم گردش خون ممکن است به عنوان یک راستا تحویل ایده آل برای میکروربات ها عمل کند، زیرا به تمام اندام ها و بافت های بدن می رسد.

برای اینکه چنین میکروربات هایی بتوانند مداخلات پزشکی مورد نظر را به صورت ایمن و قابل اطمینان انجام دهند، نباید بزرگتر از یک سلول زیستی باشند. در انسان، سلول دارای قطر میانه 25 میکرومتر است. کوچک ترین رگ های خونی انسان، مویرگ ها، حتی نازک تر هستند: میانه قطر آن ها فقط 8 میکرومتر است. اگر می خواهند بدون مانع از کوچک ترین رگ های خونی عبور نمایند، میکروربات ها باید به همان نسبت کوچک باشند. با این حال، چنین مقدار کوچکی آن ها را با چشم غیرمسلح نامرئی می نماید - و علم نیز هنوز راه حلی فنی برای شناسایی و ردیابی ربات های به مقدار میکرون به صورت جداگانه پیدا ننموده است.

پاول ورد، دانشجوی دکترا در مرکز سیستم های یادگیری ETH می گوید: پیش از اینکه این سناریوی به واقعیت تبدیل گردد و میکروربات ها واقعاً در انسان ها استفاده شوند، تجسم و ردیابی دقیق این ماشین های کوچک کاملاً لازم است.

پژوهشگران این پروژه میکرورباتیک و تصویربرداری را با هم ادغام کردند. این گروه تحقیقاتی برای اولین بار پیروز شدند با استفاده از یک روش تصویربرداری غیرتهاجمی، ربات های کوچکی به مقدار پنج میکرومتر را در زمان واقعی در عروق مغزی موش ها شناسایی و ردیابی نمایند. میکروربات های کروی از ذرات مبتنی بر سیلیس تشکیل شده اند و نیمی از آن با نیکل (نیکل) و نیمی با طلا (Au) پوشانده شده اند و با نانوحباب های رنگ شده سبز (لیپوزوم ها) پر شده اند. به این ترتیب می توان آن ها را به صورت جداگانه با روش تازه تصویربرداری اپتوآکوستیک شناسایی کرد. محققان از میکروربات هایی با مقدار های 5 تا 20 میکرومتر استفاده کردند. کوچکترین ربات ها به مقدار گلبول های قرمز خون هستند که 7 تا 8 میکرومتر قطر دارند. این مقدار باعث می گردد میکروربات هایی که به صورت داخل وریدی تزریق می شوند، حتی از نازک ترین ریزمویرگ های مغز موش عبور نمایند. محققان بعلاوه یک فناوری توموگرافی اپتوآکوستیک اختصاصی توسعه دادند تا در واقع ربات های کوچک را یک به یک با وضوح بالا و در زمان واقعی شناسایی نمایند. این روش تصویربرداری منحصربه فرد تشخیص ربات های کوچک را در نواحی عمیق و صعب العبور بدن و مغز ممکن می سازد، چیزی که با میکروسکوپ نوری یا هر روش تصویربرداری دیگری امکان پذیر نبود. این روش اپتوآکوستیک نامیده می گردد، زیرا نور ابتدا به وسیله بافت مربوطه جذب می گردد. سپس جذب امواج اولتراسوند کوچکی فراوری می نماید که می تواند شناسایی و تجزیه و تحلیل گردد تا به تصاویر حجمی با وضوح بالا منجر گردد.

برای اینکه ریزربات ها در تصاویر بسیار قابل مشاهده باشند، محققان به ماده کنتراست دهنده مناسب احتیاج داشتند. بنابراین، آن ها برای مطالعه خود از میکروربات های کروی مبتنی بر ذرات سیلیکا استفاده کردند. این نوع ربات طراحی بسیار قوی دارد و برای کار های پیچیده پزشکی واجد شرایط بسیار خوبی است.

رازانسکی شرح می دهد: طلا یک عامل کنتراست دهنده بسیار خوب برای تصویربرداری اپتوآکوستیک است. علاوه بر طلا، محققان استفاده از حباب های کوچکی به نام نانولیپوزوم ها را نیز آزمایش کردند که حاوی رنگ سبز فلورسنت بود که به عنوان ماده کنتراست نیز عمل می کرد. ورده از محققان این پروژه می گوید: لیپوزوم ها بعلاوه این مزیت را دارند که می توانید آن ها را با دارو های قوی پر کنید، که برای رویکرد های آینده به دارورسانی هدفمند مهم است. کاربرد های بالقوه لیپوزوم ها در یک مطالعه بعدی آنالیز خواهد شد.

علاوه بر این، طلا بعلاوه اجازه می دهد تا اثر سیتوتوکسیک پوشش نیکل را به حداقل برسانید. در هر صورت، اگر در آینده قرار است میکروربات ها در حیوانات یا انسان های زنده کار نمایند، باید زیست سازگار و غیرسمی شوند، که بخشی از یک تحقیق در حال اجرا است.

در مطالعه حاضر، محققان از نیکل به عنوان یک محرک مغناطیسی و یک آهنربای دائمی ساده برای کشیدن ربات ها استفاده کردند. در مطالعات بعدی، آن ها می خواهند تصویربرداری اپتوآکوستیک را با دستکاری های پیچیده تر با استفاده از میدان های مغناطیسی دوار آزمایش نمایند.