ربات‌های میکروالgae برای مبارزه با سرطان مثانه

محققان به تازگی ربات‌های میکرو جلبکی را طراحی کرده‌اند که قادر به شناسایی و درمان سرطان مثانه هستند. این ربات‌ها با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی، داروهای شیمی‌درمانی را به طور دقیق به تومور منتقل می‌کنند و نتایج امیدوارکننده‌ای در آزمایش‌ها به دست آورده‌اند.

🔬 ربات‌های میکروالgae در مبارزه با سرطان مثانه

سرطان مثانه شایع‌ترین نوع تومور بدخیم دستگاه ادراری است و در سطح جهانی در رتبه نهم تمامی سرطان‌ها قرار دارد. درمان‌های متداول معمولاً شامل انتقال داروهای شیمی‌درمانی به صورت مستقیم به مثانه از طریق کاتتر هستند. با وجود این روش موضعی، نتایج درمانی اغلب محدود به نفوذ ناکافی دارو به بافت تومور، عدم هدف‌گیری دقیق و پاک‌سازی سریع دارو از مثانه می‌شود.

برای غلبه بر این موانع، برخی از محققان از ربات‌های میکروسکوپی کمک گرفته‌اند که می‌توانند به طور فعال بافت‌های بیمار، مانند تومورها، را شناسایی کرده و داروها را به طور کنترل‌شده منتقل کنند.

در یک مطالعه اخیر که در Nature Nanotechnology منتشر شده است، محققان ربات میکروبیوهیبریدی پیشرفته‌ای را توسعه داده‌اند که شامل مهندسی جلبک‌های میکروسکوپی با پوشش مصنوعی مگنتیت است. الگوریتم‌های هوش مصنوعی به این ربات‌های میکرو اجازه دادند تا به صورت خودکار داروهای شیمی‌درمانی را به تومورهای مثانه در موش‌ها ردیابی و منتقل کنند که باعث بهبود دقت هدف‌گیری و نفوذ در بافت نسبت به درمان‌های متداول شد.

برای تولید این ربات‌های میکرو، محققان از دیاتوم Coscinodiscus granii که به راحتی قابل کشت است، به عنوان پایه استفاده کردند. Qi Zhou، محقق بیومدیکال در دانشگاه ادینبرو و یکی از نویسندگان این مطالعه، تأکید کرد که ساختار پیچیده «ساختار سلسله‌مراتبی» دیاتوم که شامل پوسته‌های چندلایه متخلخل سیلیس است، سطح وسیع‌تری را برای بارگذاری مؤثر داروهای شیمی‌درمانی فراهم می‌کند. علاوه بر این، الگوهای پیچیده پوسته آن‌ها باعث آزادسازی آهسته دارو می‌شود و انتقال دارو را در محل تومور به صورت تدریجی و دقیق تسهیل می‌کند.

به فراسوی این قابلیت‌ها، Zhou خاطرنشان کرد که جلبک‌ها «بسیاری از اثرات مفید» مانند خواص آنتی‌اکسیدانی دارند. استفاده ثابت از آن‌ها در مکمل‌های غذایی و شناسایی به عنوان یک بستر ایمن برای کاربردهای درمانی توانایی آن‌ها را به عنوان ربات‌های میکرو تقویت می‌کند، که این می‌تواند پذیرش عمومی را تسهیل کرده و تأیید مقررات را تسریع کند.

برای بخش رباتیک ربات میکرو، Zhou و تیمش یک سیستم توخالی و متخلخل طراحی کردند که nanoparticleهای مگنتیت بر سطح آن‌ها قرار داشت. آن‌ها ربات میکرو را با استفاده از نیروهای مغناطیسی کنترل نموده و بار دارو را با یک لایه مهر و موم نگه داشتند. با استفاده از دوکسوروبیسین به عنوان یک درمان مدل، آن‌ها موفق به دستیابی به کارایی بارگذاری خوب ۲۷.۹۵ درصد شدند که توسط طیف‌سنجی و تصویربرداری فلورسانس تأیید شد.

برای اینکه ربات‌های میکرو به درمان‌های مؤثر تبدیل شوند، «فقط کنترل آن‌ها ضروری نیست، بلکه شما همچنین باید بتوانید آن‌ها را ببینید. در غیر این صورت، چگونه می‌دانیم که چه زمانی به محل تومور رسیده‌اند؟» Zhou گفت.

تیم تحقیقاتی با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند، ردیابی در زمان واقعی را از تجمع‌های ربات‌های میکرو در یک مدل موش سرطان مثانه نشان دادند. پوشش مگنتیت روی پوسته‌های جلبک‌های میکروسکوپی کنتراست را افزایش داد و باعث شد تجمع‌ها به وضوح در برابر بافت‌های اطراف قابل مشاهده باشند.

یک الگوریتم یادگیری عمیق ویدیو دریافتی اولتراسوند را در زمان واقعی دریافت کرده و آن را به سرعت پردازش کرده تا هم تومور مثانه و هم ربات‌های میکرو در حال حرکت را مشخص کند. سپس به طور خودکار مسیرهای ناوبری بهینه را محاسبه کرده و چارچوب یک میدان مغناطیسی خارجی را تنظیم کرد تا تجمع ربات‌های میکرو را مستقیماً به داخل حفره مثانه و به محل تومور هدایت کند.

با استفاده از این پلتفرم رباتیک هوش‌مصنوعی و هدایت‌شده توسط اولتراسوند، محققان توانستند ربات‌های میکرو را به تومور منتقل کنند بدون اینکه آسیب مکانیکی به دیواره مثانه بزنند. ربات‌های میکرو بارگذاری شده با دوکسوروبیسین، نفوذ دارو به بافت تومور را طی تنها ۳۰ دقیقه درمان بیش از ده برابر افزایش دادند. این ربات‌های میکرو بار تومور در موش‌ها را در طی یک هفته به کمتر از سه درصد کاهش دادند و به طور قابل توجهی از درمان‌های استاندارد مثانه بهتر عمل کردند.

این نتایج پتانسیل بالای ربات‌های میکروجلبکی بارگذاری‌شده با دارو را به عنوان یک درمان ایمن و غیرتهاجمی برای سرطان مثانه نشان می‌دهند. Zhou و تیمش معتقدند که این استراتژی هدفمند می‌تواند دوز دارو مورد نیاز در شیمی‌درمانی‌های سنتی را به طور قابل توجهی کاهش داده و زمان درمان را کم کند و منافع معناداری را برای بیماران فراهم کند.

Samuel Sánchez Ordóñez، دانشمند بیومدیکال در موسسه بیوانجنیری کاتالونیا که تخصص او در رباتیک بیوهیبرید است و در این مطالعه جدید شرکت نداشته، به کار محققان در به کارگیری ربات‌های میکروهیبریدی برای درمان سرطان تحسین کرده است. او تحقیق Zhou و همکارانش را به عنوان یک مقاله «بسیار، بسیار کامل» توصیف کرد. Ordóñez ابراز شادی از پیشرفت تیم را بیان کرد و گفت: «من بسیار خوشحالم که ایده استفاده از ربات‌های میکرو برای سرطان مثانه، که ما چند سال پیش آغاز کردیم، حالا در این سطح ادامه دارد.» او اشاره کرد که مقیاس فعلی مطالعه ربات‌های میکرو مناسب به عنوان اثبات مفهوم است، اما بر اهمیت پیشرفت به مدل‌های حیوانی بزرگتر برای اعتبارسنجی آینده تأکید کرد.

این یافته‌ها محققان را امیدوار کرده است که ربات‌های میکرو جلبکی بارگذاری‌شده با دارو برای درمان سرطان مثانه در انسان، که نیاز مبرم به درمان‌های مؤثرتر به دلیل نرخ بالای عود بیماری دارد، پتانسیل خوبی دارند. Zhou امیدوار است که ربات‌های میکرو آن‌ها بتوانند نفوذ دارو به بافت تومور را تسریع کنند، استراتژی‌ای که می‌تواند به طور بالقوه برای انواع دیگر سرطان‌ها نیز کارساز باشد.