Живые клетки-нейтрофилы заполнили магнитным наногелем с лечащим средством внутри: такие гибридные системы легко проникают сквозь гематоэнцефалический барьер вместе со своим полезным грузом.

Заболевания мозга трудно поддаются лечению не только потому, что это самый сложный орган нашего тела. Он еще и самый защищенный: даже кровеносные сосуды не связаны с тканями центральной нервной системы, отделяясь от них клетками гематоэнцефалического барьера. Проницаемость ГЭБ избирательна: кислород и питательные вещества он пропускает, но не пропускает токсины, вирусы и другие потенциально опасные агенты. Однако он же не дает добраться к мозгу и множеству полезных веществ.

Неудивительно, что ученые разных стран пытаются создать средства преодоления ГЭБ: например, полые наночастицы, которые могли бы проникать к клеткам мозга, доставляя лекарство внутри и высвобождая его уже на месте. А команда Чжигуана У (Zhiguang Wu) из Харбинского технологического университета собрала для этого целого микроробота. О своей разработке они рассказали в статье, опубликованной в журнале Science Robotics.

На схеме авторы показали устройство в целом, а также его движение под действием магнитного поля через кровеносную систему и ГЭБ к опухоли в мозге / ©Zhang et al., 2021

Ученые назвали систему «нейтроботом», поскольку для сборки используют фрагменты нейтрофилов, иммунных клеток крови. Происходит это следующим образом.

Сначала авторы подготовили микроскопические и упругие частицы «магнитного наногеля»: их полимерный каркас, обладающий магнитными свойствами, может набирать довольно количества воды вместе с нужным лекарством. Далее клетки бактерий кишечной палочки убивали и «потрошили», удаляя все лишнее и оставляя лишь фрагменты клеточных мембран. Ими покрывали частицы геля. На иммунитет бактериальная мембрана действует «как красная тряпка». Поэтому, когда подготовленные частицы смешивались с нейтрофилами, те быстро атаковали их и проводили фагоцитоз, поглощая потенциально опасный объект.

Благодаря магнитным свойствам наногеля их движение можно контролировать, воздействуя внешним магнитным полем, чтобы направлять клетки в мозг. Сквозь ГЭБ нейтрофилы способны проходить легко и самостоятельно, будучи привлеченными сигналами воспаления от больного мозга. С собой они несут и полезный лекарственный груз.

Работоспособность своих «нейтроботов» ученые продемонстрировали не только «в пробирке», но и на живых лабораторных мышах — модельной линии, которая используется для исследований глиомы, опухоли мозга. Наногелевые частицы загрузили противораковым препаратом паклитакселом, поместили в бактериальные мембраны и нейтрофилы, а затем уже готовых «нейтроботов» инъецировали в хвостовую вену. Вскоре было зафиксировано, что те действительно преодолели ГЭБ и доставили лекарство в ткани центральной нервной системы.

Теперь авторы планируют заняться доработкой и усовершенствованием своей системы. Прежде всего ученых интересует процесс управления перемещениями «нейтроботов» и контроль над их движением. Пока магнитное поле воздействует достаточно широко, направляя в нужную сторону целую массу таких микроскопических систем и теряя множество частиц по дороге.