ریزربات‌های جدید مبتنی بر جلبک میتوانند زخم را درمان کنند!

به گزارش مجله خبری نگار/بهداشت نیوز، دانشمندان دسته‌های میکروربات زنده ساخته شده از جلبک و نانوذرات را توسعه داده‌اند که می‌توانند زیر نور آبی به شکل‌های اختصاصی جمع شوند و با نور سرخ پراکنده شوند.

این سیستم بیوهیبریدی می‌تواند روزی با استفاده از پلتفرم‌های هوشمند شبیه به بانداژ، به رساندن مستقیم دارو‌ها به زخم‌ها یا بافت‌های بیماران کمک کند.

محققان از میکروجلبک سبز «Chlamydomonas reinhardtii» برای ایجاد دسته‌های قابل تنظیم که قادر به تغییر شکل، اندازه و موقعیت در لحظه هستند، استفاده کردند. آنها با تاباندن نور آبی الگودار از طریق پوشش‌های سفارشی، جلبک‌ها را به شکل‌های فشرده از ستاره‌ها و فِلِش‌ها گرفته تا ساختار‌های قاره‌مانند هدایت کردند.

نور قرمز این فرآیند را معکوس کرد و باعث شد دسته‌ها از هم جدا شوند و دوباره آزادانه شنا کنند.

محققان می‌گویند این رویکرد، راه جدیدی برای کنترل رفتار جمعی در میکروربات‌های بیوهیبریدی برای کاربرد‌های پزشکی و محیطی ارائه می‌دهد.

این مطالعه همچنین یک مفهوم درمان زخم با کمک هوش مصنوعی را نشان داد. محققان از نرم‌افزار تقسیم‌بندی تصویر برای شناسایی مناطق مشکوک زخم و تولید یک پوشش نوری منطبق استفاده کردند. سپس میکروربات‌ها روی نوار پزشکی مونتاژ شده و مستقیماً در ناحیه زخم رها شدند.

نور، دسته‌های زنده را شکل می‌دهد

برخلاف میکروربات‌های مصنوعی که اغلب به آهنربا یا امواج صوتی متکی هستند، این سیستم جدید از رفتار طبیعی حساس به نور جلبک‌ها استفاده می‌کند. میکروارگانیسم‌ها تحت نور آبی به صورت خوشه‌ای جمع می‌شوند و به سمت سطح مشترک مایع-هوا مهاجرت می‌کنند و دسته‌های متراکمی را تشکیل می‌دهند و نور قرمز، آنها را به حالت شنای آزاد برمی‌گرداند.

محققان تشکیل دسته برگشت‌پذیر را در چندین چرخه با امتیاز وفاداری به شکل بالای ۰.۹۵ نشان دادند. این دسته‌ها همچنین می‌توانند به گروه‌های کوچکتر تقسیم شوند، دوباره با هم ادغام شوند و در عین حفظ هندسه خود حرکت کنند.

محققان در یک آزمایش، پوشش‌هایی به شکل قاره آمریکا و آفریقا-اوراسیا را روی ظروف پر از جلبک انداختند. دسته‌هایی که با مناطق پیش‌بینی‌شده مطابقت داشتند، در عرض چند دقیقه تشکیل شدند. در آزمایش دیگری، دسته‌های پیکان‌شکل چندین میلی‌متر حرکت کردند و ساختار خود را حفظ کردند.

محققان همچنین یک الگوریتم احتمالی برای پیش‌بینی نحوه رفتار این دسته‌ها تحت شرایط نوری متغیر توسعه دادند. این مدل، نحوه اتصال یا ترک خوشه‌ها توسط جلبک‌های منفرد را بسته به طول موج و شدت تابش شبیه‌سازی کرد.

انتقال هوشمند بانداژ

این تیم برای بررسی کاربرد‌های پزشکی، نانوذرات PLGA حامل دارو را با استفاده از برهمکنش‌های الکترواستاتیک به جلبک‌ها متصل کرد. سپس میکروربات‌های بیوهیبریدی روی زخم‌های شبیه‌سازی شده ایجاد شده روی پوست مصنوعی پوشیده شده با مایع زخم مصنوعی آزمایش شدند.

یک سیستم تقسیم‌بندی تصویر هوش مصنوعی، زخم‌ها را تجزیه و تحلیل کرد و پوشش‌های سفارشی مطابق با نواحی بافت ملتهب یا عفونی ایجاد کرد. در زیر نور آبی، میکروربات‌ها روی نوار پزشکی در هندسه دقیق زخم مونتاژ شدند.

پس از قرار دادن نوار روی ناحیه هدف، نور قرمز باعث آزاد شدن سریع میکروربات‌ها شد.

محققان گزارش دادند که تقریباً ۹۰ درصد از بیوهیبرید‌ها در کمتر از دو دقیقه به حفره زخم منتقل شدند.

این تیم خاطرنشان کرد که این فناوری هنوز به کاربرد‌های سطحی محدود است، زیرا نفوذ نور به بافت همچنان یک چالش است. کار‌های آینده بر بارگذاری دارو‌های درمانی روی میکروربات‌ها و آزمایش آنها در سیستم‌های زنده متمرکز خواهد بود.