Optimizaci\u00f3n de la forma del micronadador para la administraci\u00f3n dirigida de f\u00e1rmacos. Ilustraci\u00f3n de un caso de uso futuro para los microrobots m\u00e9dicos que enfatiza una importante compensaci\u00f3n de dise\u00f1o. Los micronadadores magn\u00e9ticos de doble h\u00e9lice con n\u00facleos internos llenos se imprimen en 3D como cuerpos concentrados que transportan drogas. Se prueban tres derivados morfol\u00f3gicos del mismo dise\u00f1o con la misma longitud del cuerpo, di\u00e1metro exterior y volumen del cuerpo, variando solo el n\u00famero de vueltas helicoidales a lo largo del eje mayor (2 vueltas, 5 vueltas y 10 vueltas). Los micronadadores de dos vueltas exhiben el mejor rendimiento de locomoci\u00f3n, pero fueron preferentemente el objetivo de los macr\u00f3fagos. El aumento del n\u00famero de giros CR\u00c9DITO: UN KITTERMAN\/ deteriora el rendimiento de nataci\u00f3n al tiempo que reduce la inmunogenicidad, presentando un compromiso entre la velocidad y las interacciones f\u00edsicas con el sistema inmunol\u00f3gico. Cr\u00e9dito: Science Robotics, doi: 10.1126\/scirobotics.abc7620 <\/p>\n
Los microrobots m\u00e9dicos m\u00f3viles ahora se pueden dise\u00f1ar en el laboratorio para una amplia gama de aplicaciones, desde el tratamiento personalizado de enfermedades hasta la administraci\u00f3n de f\u00e1rmacos dirigidos. Durante su dise\u00f1o estructural, los bioingenieros tienen como objetivo minimizar las interacciones f\u00edsicas con las c\u00e9lulas del sistema inmunitario mediante la optimizaci\u00f3n de la morfolog\u00eda (forma) del dispositivo y la qu\u00edmica de su superficie. Por lo tanto, es importante comprender la interacci\u00f3n entre las contribuciones de dichos par\u00e1metros hacia una locomoci\u00f3n eficaz y orientada al objetivo y una baja inmunogenicidad. En un nuevo informe publicado ahora en Science Robotics, Immihan Ceren Yasa y un equipo de investigaci\u00f3n en inteligencia f\u00edsica, medicina e ingenier\u00eda del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes y la Universidad de Ko en Alemania y Turqu\u00eda, investigaron las interacciones de motores de doble h\u00e9lice dirigibles magn\u00e9ticamente. micronadadores. <\/p>\n
Un microrobot bioh\u00edbrido integra un microorganismo vivo dentro de un cuerpo no vivo para explorar la maquinaria inherente del microorganismo junto con sus propiedades de actuaci\u00f3n, detecci\u00f3n y locomoci\u00f3n. La arquitectura combinada puede aprovechar los combustibles biol\u00f3gicos en el microambiente para realizar tareas espec\u00edficas, como la entrega de carga, la terapia dirigida y la manipulaci\u00f3n. Los microrobots en este trabajo ten\u00edan una forma helicoidal cambiante integrada con l\u00edneas celulares de macr\u00f3fagos de rat\u00f3n (un tipo de fagocitos\/gl\u00f3bulos blancos). Los macr\u00f3fagos y esplenocitos (dos tipos de gl\u00f3bulos blancos) en el microambiente vivo reconocieron los microrobots bioh\u00edbridos y provocaron una respuesta inmune basada en el n\u00famero de vueltas de h\u00e9lice de los micronadadores. El trabajo mostr\u00f3 la importancia de considerar simult\u00e1neamente la optimizaci\u00f3n estructural para el rendimiento de la locomoci\u00f3n y las interacciones de las c\u00e9lulas inmunitarias durante el desarrollo de microrobots m\u00e9dicos. Los h\u00edbridos de macr\u00f3fagos y micronadadores presentan una oportunidad de ingenier\u00eda \u00fanica para desarrollar microrobots bioh\u00edbridos que combinen la movilidad de los micronadadores sint\u00e9ticos y la capacidad inmunorreguladora de los macr\u00f3fagos para aplicaciones inmunoterap\u00e9uticas espec\u00edficas. <\/p>\n
Dise\u00f1o estructural y par\u00e1metros de los inmunobots<\/p>\n
Dise\u00f1o de microrobots que sean r\u00e1pidos, pero seguros, que funcionen en armon\u00eda con el sistema inmunitario. Cr\u00e9dito de la animaci\u00f3n: Alice Kitterman, cr\u00e9dito: Science Robotics, doi: 10.1126\/scirobotics.aaz3867 <\/p>\n
Durante su viaje hacia el tejido objetivo, los micronadadores tuvieron que superar una serie de barreras, incluida la barrera hematoencef\u00e1lica, la membrana mucosa y el endotelio. que pueden alertar su presencia como ‘amenazas’ al sistema inmunol\u00f3gico. Yasa et al. investig\u00f3 las interacciones de los micronadadores magn\u00e9ticos con las c\u00e9lulas del sistema inmunol\u00f3gico y dise\u00f1\u00f3 un m\u00e9todo de referencia para probar rutinariamente futuros dise\u00f1os rob\u00f3ticos en biomedicina. El equipo present\u00f3 el microrobot bioh\u00edbrido como un \u00abinmunobot\u00bb, un macr\u00f3fago activado biol\u00f3gicamente y accionado magn\u00e9ticamente con un micronadador helicoidal magn\u00e9tico sint\u00e9tico sumergido. Durante los experimentos, eligieron micronadadores con h\u00e9lices de dos y diez vueltas y los microimprimieron en tres dimensiones (3-D) usando polimerizaci\u00f3n de dos fotones. <\/p>\n
Durante la impresi\u00f3n 3D, utilizaron una soluci\u00f3n de prepol\u00edmero de diacrilato de poli(etilenglicol) (PEGDA) y un fotoiniciador como constituyentes y magnetizaron las estructuras impresas recubri\u00e9ndolas por pulverizaci\u00f3n con 100-nm- N\u00edquel de espesor y pel\u00edculas de oro de 50 nm de espesor, seguidas de modificaciones superficiales de PEG modificadas con tiol. La modificaci\u00f3n de la superficie minimiz\u00f3 las interacciones qu\u00edmicas no deseadas con el sistema inmunitario, lo que permiti\u00f3 a los cient\u00edficos analizar el impacto de los efectos estructurales solo en la respuesta inmunitaria. Yasa et al. aplic\u00f3 campos magn\u00e9ticos rotacionales para controlar y propulsar a los micronadadores ejerciendo un par alrededor del eje helicoidal, donde la propulsi\u00f3n magn\u00e9tica basada en el par dirig\u00eda a los micronadadores a lo largo de una trayectoria asignada. Despu\u00e9s de probar el rendimiento de nataci\u00f3n de los inmunobots en soluciones tamp\u00f3n, observaron a los micronadadores dentro de sangre entera fresca obtenida de un rat\u00f3n para realizar m\u00e1s estudios. En funci\u00f3n de las velocidades de nataci\u00f3n y las propiedades de rodadura, el rendimiento de los micronadadores con h\u00e9lices de dos vueltas fue superior al de cinco vueltas y, posteriormente, superior al de los microrobots helicoidales de 10 vueltas en tamp\u00f3n y sangre total.<\/p>\n
Interacciones de micronadadores y macr\u00f3fagos<\/p>\n
Respuesta primaria de las c\u00e9lulas inmunitarias a los micronadadores sint\u00e9ticos. (A) Flujo de trabajo experimental para la coincubaci\u00f3n de esplenocitos reci\u00e9n aislados del bazo de rat\u00f3n. SSC-A, dispersi\u00f3n lateral. (B) An\u00e1lisis de clasificaci\u00f3n de c\u00e9lulas activadas por fluorescencia que muestra las tasas de proliferaci\u00f3n de los esplenocitos a las 72 horas. (C) Im\u00e1genes confocales de los esplenocitos estimulados por LPS a las 96 horas. Tambi\u00e9n son evidentes los linfocitos alrededor de los macr\u00f3fagos diseminados. (D) El porcentaje de tasas de internalizaci\u00f3n de los micronadadores por esplenocitos estimulados por LPS a las 96 horas. Datos representados como captaci\u00f3n total sobre el total de c\u00e9lulas que interact\u00faan. (E) IL-12 p40 en el sobrenadante del cultivo, secretada por los esplenocitos en respuesta a micronadadores, detectada mediante ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas. (F) Liberaci\u00f3n de IL-12p40 en respuesta a micronadadores fabricados con fotoprotector comercial, IPL y PEG a las 24 horas. Cr\u00e9dito: Science Robotics, doi: 10.1126\/scirobotics.aaz3867 <\/p>\n
En nanomedicina, los cient\u00edficos pueden adaptar las propiedades f\u00edsicas de las part\u00edculas para evitar el reconocimiento por parte del hu\u00e9sped o controlar la respuesta inmunitaria para las aplicaciones. Un mecanismo principal de la respuesta de defensa inmunitaria innata es la fagocitosis por macr\u00f3fagos, que depende del tama\u00f1o y la geometr\u00eda de la part\u00edcula diana. Cuando los macr\u00f3fagos internalizaron los micronadadores, no degradaron las h\u00e9lices, lo que permiti\u00f3 la ejecuci\u00f3n de tareas rob\u00f3ticas a largo plazo. El equipo de investigaci\u00f3n vari\u00f3 met\u00f3dicamente el n\u00famero de giros helicoidales a lo largo del eje principal de los micronadadores mientras manten\u00eda su volumen corporal para examinar las interacciones de las l\u00edneas celulares de macr\u00f3fagos de rat\u00f3n y su carga internalizada mediante microscop\u00eda electr\u00f3nica, \u00f3ptica y confocal. Basados en pel\u00edculas de lapso de tiempo de micronadadores unidos a la superficie encapsulados en macr\u00f3fagos, revelaron el impacto de la microarquitectura del robot. Durante la fagocitosis, el micronadador ingresaba a la c\u00e9lula de macr\u00f3fagos para una orientaci\u00f3n estable en un proceso que tomaba 20 minutos en promedio para los micronadadores de dos vueltas. Este proceso tom\u00f3 hasta cuatro horas, para micronadadores de cinco y diez vueltas. Despu\u00e9s de una fagocitosis exitosa, los macr\u00f3fagos continuaron arrastr\u00e1ndose con su carga interna. Los hallazgos destacaron c\u00f3mo la forma optimizada mejor\u00f3 el rendimiento de la locomoci\u00f3n, al tiempo que afect\u00f3 la inmunogenicidad del micronadador, adecuado para una variedad de aplicaciones en medicina. <\/p>\n
Respuestas inmunog\u00e9nicas de los nadadores helicoidales<\/p>\n
Luego, Yasa y sus colaboradores investigaron la inmunogenicidad de los micronadadores present\u00e1ndolos a c\u00e9lulas primarias de bazo de rat\u00f3n que conten\u00edan una variedad de poblaciones de gl\u00f3bulos blancos, como macr\u00f3fagos y linfocitos Por lo general, los micronadadores encontrar\u00e1n c\u00e9lulas inmunitarias activadas como los lipopolisac\u00e1ridos (LPS) que estimulan los receptores de superficie de los macr\u00f3fagos para secretar citoquinas proinflamatorias para una respuesta inflamatoria. En este trabajo, micronadadores con movilidad superior indujeron una mayor producci\u00f3n de interleucina-12, una citocina importante para regular la inmunidad innata y adaptativa de las c\u00e9lulas. El equipo not\u00f3 adem\u00e1s la acumulaci\u00f3n de c\u00e9lulas T y B alrededor de los macr\u00f3fagos cuando internalizaron los micronadadores; para sugerir una respuesta inmune espec\u00edfica. Si bien los micronadadores de dos vueltas ten\u00edan la velocidad de movimiento m\u00e1s alta, eran los m\u00e1s inmunog\u00e9nicos en comparaci\u00f3n con los micronadadores de cinco y diez vueltas, por lo que el equipo recomend\u00f3 el uso de micronadadores de dos vueltas con mayor velocidad en sitios inmunoprivados como como el sistema nervioso central y el ojo. Sugieren usar estructuras con menor velocidad para ganar una relativa invisibilidad para el sistema inmunol\u00f3gico en sitios biol\u00f3gicos en otros lugares. <\/p>\n
Dise\u00f1o de inmunobot bioh\u00edbrido que re\u00fane un macr\u00f3fago con un micronadador sint\u00e9tico para habilitar la capacidad de locomoci\u00f3n bimodal en un entorno biol\u00f3gico. (A) Ilustraci\u00f3n del inmunobot de rodillo de superficie logrado por la actuaci\u00f3n basada en el par magn\u00e9tico y (B) la direcci\u00f3n de un inmunobot alrededor y encima de los macr\u00f3fagos no magn\u00e9ticos semiadherentes. Se observaron aumentos en las velocidades instant\u00e1neas a medida que el inmunobot se impulsaba sobre los macr\u00f3fagos no magn\u00e9ticos adherentes (recuadros correspondientes a los picos). (C) Seguimiento de m\u00faltiples inmunobots en modo rodillo accionados simult\u00e1neamente. C\u00edrculos naranjas que indican las posiciones iniciales de los inmunobots en t0. (D) Viabilidad de los inmunobots en comparaci\u00f3n con las c\u00e9lulas de control a las 72 horas. (E) Ilustraci\u00f3n de un inmunobot en el modo de locomoci\u00f3n aut\u00f3nomo (rastreo) por la reorganizaci\u00f3n din\u00e1mica intr\u00ednseca del citoesqueleto de actina. (F) Instant\u00e1neas de las grabaciones de lapso de tiempo durante el movimiento. Im\u00e1genes de fluorescencia que muestran protuberancias de actina viva durante el rastreo. (G) Trayectorias de desplazamiento 2D de los inmunobots que muestran locomoci\u00f3n de rastreo con una velocidad promedio de 2.40.5 m min1. (H) Distribuci\u00f3n de velocidad media de los inmunobots de rastreo. Cr\u00e9dito: Science Robotics, doi: 10.1126\/scirobotics.aaz3867 Enredo de par\u00e1metros de dise\u00f1o de microrobots en nataci\u00f3n e inmunogenicidad e inmunobots de prueba de principio<\/p>\n
El equipo consider\u00f3 entonces la mecanobiolog\u00eda o las fuerzas f\u00edsicas y su impacto en la mec\u00e1nica celular como otro par\u00e1metro significativo durante el dise\u00f1o de microrobots. Evaluaron la qu\u00edmica de la superficie del microrobot para comprender su locomoci\u00f3n, rendimiento e inmunogenicidad. Mientras que un solo macr\u00f3fago pod\u00eda acomodar peque\u00f1os micronadadores para formar bioh\u00edbridos, se pensaba que las c\u00e9lulas gigantes internalizaban micronadadores m\u00e1s grandes. Si bien el inmunobot mostr\u00f3 una locomoci\u00f3n ininterrumpida, los micronadadores individuales no fueron tan eficientes por s\u00ed mismos. Yasa et al. demostraron variaciones adicionales al prototipo de su trabajo principal, aunque en ambos tipos de dise\u00f1o, el campo magn\u00e9tico aplicado externamente impuls\u00f3 la locomoci\u00f3n de los inmunobots.<\/p>\n
Actuaci\u00f3n magn\u00e9tica de los inmunobots. Cr\u00e9dito: Science Robotics, doi: 10.1126\/scirobotics.aaz3867 El trabajo tendr\u00e1 un impacto significativo en la inmunoterapia del c\u00e1ncer, que ha revolucionado el campo de la oncolog\u00eda para satisfacer las crecientes demandas de administraci\u00f3n dirigida de compuestos inmunomodulados para erradicar las c\u00e9lulas cancerosas. En este caso, Yasa y sus colegas pretenden desviarse del enfoque sigiloso original para ser invisible para el sistema inmunitario y, en cambio, centrarse en unir fuerzas con el sistema inmunitario contra los tumores. Por lo tanto, el trabajo representar\u00e1 nuevos desaf\u00edos para dise\u00f1ar y desarrollar un sistema bioh\u00edbrido multifuncional y vers\u00e1til, que el equipo prev\u00e9 desarrollar con los mismos principios b\u00e1sicos de dise\u00f1o. El trabajo tambi\u00e9n allanar\u00e1 el camino para dise\u00f1ar enfoques avanzados de medicina personalizada utilizando microrobots bioh\u00edbridos funcionalizados con los propios macr\u00f3fagos del paciente. <\/p>\n
Explore m\u00e1s<\/p>\n
Microrobots personalizados nadan a trav\u00e9s de barreras biol\u00f3gicas, entregan medicamentos a las c\u00e9lulas M\u00e1s informaci\u00f3n:<\/strong> Immihan Ceren Yasa et al. Esclarecimiento de la din\u00e1mica de interacci\u00f3n entre el cuerpo del micronadador y el sistema inmunitario de los microrobots m\u00e9dicos, Science Robotics (2020). DOI: 10.1126\/scirobotics.aaz3867<\/p>\n Samir Mitragotri et al. Enfoques f\u00edsicos para el dise\u00f1o de biomateriales, Nature Materials (2008). DOI: 10.1038\/nmat2344<\/p>\n Ouajdi Felfoul et al. Las bacterias magnetoaerot\u00e1cticas administran nanoliposomas que contienen f\u00e1rmacos a las regiones hip\u00f3xicas del tumor, Nature Nanotechnology (2016). DOI: 10.1038\/nnano.2016.137 Informaci\u00f3n de la revista:<\/strong> Science Robotics , Nature Materials , Nature Nanotechnology <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Optimizaci\u00f3n de la forma del micronadador para la administraci\u00f3n dirigida de f\u00e1rmacos. Ilustraci\u00f3n de un caso de uso futuro para los microrobots m\u00e9dicos que enfatiza una importante compensaci\u00f3n de dise\u00f1o. Los micronadadores magn\u00e9ticos de doble h\u00e9lice con n\u00facleos internos llenos se imprimen en 3D como cuerpos concentrados que transportan drogas. Se prueban tres derivados morfol\u00f3gicos … Continuar leyendo \u00abDin\u00e1mica de interacci\u00f3n entre microrobots de dise\u00f1o y el sistema inmunitario\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-31625","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-general"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31625","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=31625"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31625\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=31625"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=31625"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=31625"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}