Sikeresen tesztelték a milliméteres orvosi gépeket

A baltimore-i Johns Hopkins Egyetem kutatói olyan mozgó fémeszközt fejlesztettek ki, amellyel a jövőben szövetmintavételt, elzáródott artériák megnyitását, gyógyszerek meghatározott célpontokhoz történő eljuttatását is meg lehetne oldani. Az eszközt egyelőre csak egy mesterséges modellrendszerben tesztelték - az igazi, élő szervezetben történő kipróbálás még várat magára.

David Gracias és munkatársai olyan fémeszközöket fejlesztettek ki, amelyeket az élő szervezetbe juttatva számos, ma még elérhetetlen orvosi alkalmazást lehetne megvalósítani. A milliméteres nagyságú fémszerkezetek igen érdekesen működnek: képesek rá, hogy reagáljanak a különféle kémiai ingerekre, például a szervezetünkben előforduló enzimekre.

Az eszközök ezen kívül "gépszerű" tulajdonságokkal is rendelkeznek: képesek rá, hogy egy külső kémiai ingerre összezáródjanak, majd pedig újra kinyíljanak. Ezáltal megoldható lenne, hogy gyógyszermolekulákat szállítsanak velük a szervezet egy bizonyos pontjára, vagy szövetdarabot vegyenek a segítségükkel egy-egy szervből. Ilyen például a májbiopszia - ezt jelenleg egy tű beszúrásával oldják meg, amin keresztül májsejtekhez lehet hozzájutni a későbbi patológiai elemzés céljából.

A kutatók elsőként szilikonból álló "ostyákat" készítettek, amelyeket króm-, nikkel- és aranybevonattal láttak el. Ezt követően olyan mintázatokat hoztak létre a fémfelszínen, amelyek egy virágra vagy egy kinyitott tenyérre hasonlítanak. Az eszközhöz forgó alkatrészeket adtak, amelyek lehetővé tették, hogy a nyitott tenyér képes legyen becsukódni, majd újra kinyílni. (Az eszköz az alábbi ábrán tekinthető meg, bal oldalon nyitott, később pedig bezárult állapotban.)

Az eszközök attól függően nyílnak ki vagy záródnak be, hogy milyen enzimekkel találkoznak

Az apró eszközöket ezen kívül olyan hosszúláncú molekularétegekkel is bevonták, amelyeket az emberi szervezet is képes lebontani (biológiailag "barátságos" polimerek). Mindez azért kell, hogy a különféle, már említett kémiai ingerekre képes legyen szelektíven reagálni: ez azt jelenti, hogy ha például két különféle típusú enzimmel találkozik a szerkezet, akkor ennek hatására eltérően fog működni. Az egyik enzim hatására bezáródik, míg egy másik hatására kinyílik - attól függően, hogy a kutatók mit akarnak elérni a szerkezettel.

Az egyik polimerréteg kollagénszövetből állt, amely a szervezetünkben kötőszövetként funkcionál. A másik polimerréteg cellulózból épült fel, amely a növények sejtfalának egyik alkotóeleme. A kutatók által létrehozott mesterséges modellrendszerben - tehát nem az élő szervezetben - különféle enzimeket adtak a rendszerhez. Egyrészt cellulázt, amely a cellulóz bontására képes, másrészt proteázokat, amelyek fehérjebontó enzimek, és képesek lebontani például a kollagént is. (Itt érdemes megemlíteni az egyik lehetséges gyógyászati alkalmazást: a daganatokról ismert, hogy bizonyos tumortípusok proteázokat termelnek, ami lehetővé tenné, hogy a szervezetbe juttatott apró fémeszközök éppen akkor lépjenek működésbe, ha fehérjebontó enzimekkel találkoznak - így lehetne például célzottan gyógyszermolekulákat juttatni egyes tumorokba.)

A fémeszközt a következő módon tesztelték: speciális gyantából egy mesterséges epevezetéket hoztak létre, amelybe madarakból vett májszövetet helyeztek. Egy mágnes segítségével végigvezették a mozgó szerkezeteket az epevezetéken, majd amikor a májszövethez érkeztek, kívülről cellulózbontó enzimet juttattak a rendszerbe. A fémeszköz ebben a pillanatban bezárult a májszövet egy kisebb darabja körül, a kutatók pedig úgy helyezték át a mágnest, hogy a szerkezet - benne a májszövettel - kijusson a mesterséges epevezetékből. Enyhe túlzással ez egy valódi májbiopszia volt, vagyis olyan eljárás, amikor tűvel vesznek szövetmintát a különféle szövetekből - olvasható a Sciencenews oldalán.

A másik tesztben proteázokat adtak a rendszerhez: a feladat ebben az esetben az volt, hogy az eszközzel egy apró gömböt hozzanak ki egy mesterséges bélcsőből, amelyet szintén gyantából készítettek. Ezért kellett a már említett kollagénbevonat, hiszen így szelektíven lehetett irányítani az eszközöket. Az Amerikai Kémiai Társaság folyóiratában megjelent tanulmány szerzői remélik: idővel az élő szervezetben is hasonló teszteket sikerül majd végrehajtaniuk, így a valódi orvosi alkalmazásokra is képessé válhatnak az apró fémszerkezetek.