Budowanie przyszłości biomedycyny dzięki inteligentnym rojom nanobotów
Czy nanoboty można zmusić do poruszania się w grupach, podobnie jak stada ptaków i ławice ryb? Odtworzenie złożoności ruchu i zachowań opartych na współpracy występujących w różnych systemach znanych z przyrody w naturze jest nie lada wyczynem, ale zespół projektu i-NANOSWARMS podjął to wyzwanie. W ramach projektu badacze opracowują inteligentne roje nanobotów zasilane enzymami, wykorzystujące szereg biokompatybilnych i biodostępnych paliw, które są zdolne do współpracy, komunikacji i interakcji między sobą oraz z otoczeniem. Od chwili rozpoczęcia prac przez zespół i-NANOSWARMS w 2020 roku, naukowcy nieustannie pracują nad sposobem projektowania złożonych systemów roju. Badacze analizowali możliwość skłonienia rojów do poruszania się w przestrzeni trójwymiarowej oraz wykorzystywania reakcji komunikacyjnych, by doprowadzić je w określone miejsca, tak jak dzieje się to w przypadku procesu zwanego chemotaksją w naturze. „Osiągnięcie tego celu odblokowuje wiele praktycznych rozwiązań na polu biomedycyny”, zauważa Samuel Sánchez, kierownik projektu i badacz instytucji ICREA pracujący w Katalońskim Instytucie Bioinżynierii (IBEC), który koordynuje projekt i-NANOSWARMS.
Najważniejsze osiągnięcia
Dotychczas zespołowi projektu udało się z powodzeniem zaprojektować zbiorowy ruch nanosilników, które poruszają się w trzech wymiarach, odtwarzając proces biokonwekcji. W kwestii zastosowań biomedycznych, roje nanobotów są obecnie w stanie wchodzić w interakcje ze złożonymi ośrodkami, takimi jak śluz i płyn maziowy - gęstą cieczą wypełniającą przestrzeń między naszymi stawami - usprawniając transport małych cząsteczek. Badacze skupieni wokół projektu i-NANOSWARMS wprowadzili również do swojej pracy koncepcję stigmergii. Mowa o mechanizmie, dzięki któremu mrówki i termity komunikują się poprzez uwalnianie sygnałów chemicznych, które są odbierane przez owady podążające za nimi. „W ramach projektu wykorzystaliśmy współpracujące ze sobą oddziały. W ramach naszej koncepcji pierwszy oddział modyfikuje złożony ośrodek charakteryzujący się wysoką lepkością, z kolei kolejny oddział podąża tą chemiczno-fizyczną ścieżką, aby skutecznie transportować aktywny składnik”, wyjaśnia Sánchez. Prawdopodobnie najważniejszym rezultatem osiągniętym dotychczas przez zespół projektu i-NANOSWARMS było przeprowadzenie badań dotyczących zachowania roju nanosilników zasilanych ureazą w przypadku raka pęcherza moczowego. Istotne rezultaty osiągnięte w tym obszarze sprawiły, że członkowie zespołu projektowego stali się niekwestionowanymi liderami w tej dziedzinie badań. „Jako pierwsi zastosowaliśmy między innymi monitorowanie in vivo przy użyciu technik obrazowania medycznego rojów nanobotów”, zauważa badacz. „Następnie osiągnęliśmy imponujące rezultaty dotyczące zmniejszania guzów pęcherza moczowego u myszy przy użyciu terapii radionuklidowej i immunoterapii”. Kolejnym celem zespołu i-NANOSWARMS (Cooperative Intelligence in Swarms of Enzyme-Nanobots) jest przejście od nieorganicznych nanosilników wykorzystywanych w dotychczasowych pracach do organicznych, degradowalnych silników zatwierdzonych przez Europejską Agencję Leków oraz Agencję Żywności i Leków Stanów Zjednoczonych. Badacze zamierzają także prowadzić badania nad komunikacją nanobotów, które obejmą reakcje kaskadowe w celu kierowania ich działaniami, chemotaksję i inne strategie kierowania ich działaniami. Zespół przeanalizuje także różne techniki obrazowania in vivo. Do tej pory projekt i-NANOSWARMS zaowocował dwoma projektami finansowanymi ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych - mowa o projektach OrthoBots i MucOncoBots. IBEC koordynuje także dwa granty na potwierdzenie słuszności koncepcji (Proof of Concept). Jeśli chcesz, aby realizowany przez Ciebie projekt finansowany ze środków UE został wyróżniony jako Projekt Miesiąca, wyślij nam wiadomość e-mail na adres editorial@cordis.europa.eu i powiedz nam dlaczego!