Микроробот из водорослей убил раковые клетки
Ученые создали из водоросли спирулины новый тип биосовместимых микророботов — волокна водоросли покрыли магнетитом и получили спиральные микрочастицы, способные передвигаться под действием магнитного поля даже в вязких жидкостях. Микророботов протестировали на мышах и оказалось, что частицы легко детектировать как в поверхностных тканях, так и в глубоко залегающих органах. Кроме того, микрочастицы показали цитотоксичность в отношении раковых клеток, сообщается в статье, опубликованной в Science Robotics.
Исследователи разработали довольно много разновидностей роботов на основе наночастиц полимеров и металлов, которые потенциально можно использовать в живых организмах для биовизуализации, диагностики и доставки лекарственных препаратов. К примеру, мы рассказывали о микророботах с никелевыми «руками», которые эффективно передвигаются в вязких жидкостях. Однако их основной проблемой остается довольно высокая токсичность, поэтому в реальности до экспериментов на животных дошли только редкие образцы.
Группа биоинженеров под руководством Ли Чжана (Li Zhang) из Китайского университета Гонконга с коллегами из университетов Эдинбурга и Манчестера придумала использовать в качестве основы для биосовместимых микророботов водоросли Spirulina platensis, которые активно используются как кормовая добавка. Спиралевидные частицы спирулины покрыли наночастицами магнетита Fe3O4, который зарекомендовал себя как нетоксичный материал. В результате получились микрочастицы, перемещением которых можно управлять при помощи магнитного поля. Для генерации поля использовалась экспериментальная трехосевая установка с катушками Гельмгольца. Перед опытами на животных исследователи отдельно подтвердили способность роботов передвигаться в биологических жидкостях — крови, моче, желудочном соке. В качестве самой вязкой среды было использовано арахисовое масло.
Затем ученые изучили потенциал микророботов в качестве инструмента для биовизуализации, и ввели суспензию частиц мышам. Возможность наблюдать за частицами важна для всех их потенциальных приложений — к примеру, визуализация позволит проследить за распределением препарата при доставке лекарств.
Водоросли обладают автофлуоресценцией, поэтому в растворе за частицами на их основе можно наблюдать при помощи флуоресцентной микроскопии без всяких дополнительных модификаций. Оказалось, что флуоресценцию частиц можно детектировать даже у мышей под кожей. Чтобы детектировать частицы в глубоко залегающих органах, таких как желудок, исследователи применили магниторезонансную визуализацию. Таким образом, за микророботами, представляющими собой намагниченные водоросли, можно наблюдать как в поверхностных тканях, так и в глубоких слоях.
Дополнительно исследователи проверили токсичность микрочастиц в клеточной культуре. Для нормальных фибробластов (клеток соединительной ткани) частицы оказались нетоксичны. Зато в культурах клеток рака шейки матки и печени инкубация с микрочастицами индуцировала в клетках запуск программы клеточного самоубийства. По-видимому, токсичными для раковых клеток оказались биологически активные компоненты спирулины, скорее всего пигмент фикоцианин, который составляет до 20 процентов сухого веса водорослей.
Помимо управлением магнитным полем, инженеры разрабатывают и другие подходы к управлению движением микро- и нанороботов в биологических жидкостях. Мы уже рассказывали, как роботами можно управлять при помощи ультразвука и при помощи ферментативной реакции.
Он может влиять на развитие большой депрессии, ПТСР и нервной анорексии
Немецким ученым удалось обнаружить причинную связь синдрома дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) с такими серьезными психическими заболеваниями как нервная анорексия, большое депрессивное расстройство (БДР) и поcттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), а также суицидальными попытками. Отчет о работе опубликован в журнале BMJ Mental Health. СДВГ представляет собой распространенное расстройство нейроразвития, которое проявляется в детском возрасте и примерно в половине случаев продолжается во взрослой жизни. Им страдают примерно пять процентов детей (1–7 процентов в зависимости от критериев диагностики). Связь СДВГ с разнообразными психическими расстройствами и суицидом хорошо известна, однако она обычно расценивается как коморбидность, поскольку причинную связь в этом случае подтвердить весьма сложно. Для поиска потенциальных причинно-следственных связей Криста Майзингер (Christa Meisinger) и Деннис Фройер (Dennis Freuer) из Аугсбургского университета воспользовались методом менделевской рандомизации, в котором переменными служат генетические варианты, характерные для изучаемых состояний. В данном случае в качестве причинного фактора рассматривали СДВГ, а в качестве исходов — каждое из семи наиболее распространенных и социально значимых психических расстройств: шизофрению, биполярное расстройство, БДР, ПТСР, нервную анорексию, тревожное расстройство и как минимум одну суицидальную попытку. Связанные с этими заболеваниями генетические варианты для основного анализа авторы работы брали из результатов полногеномного поиска ассоциаций (GWAS), которые содержатся в базах данных проекта iPSYCH и Консорциума по психиатрической геномике (PGC). Сначала эти данные использовали для поиска возможных связей СДВГ с каждым из семи заболеваний, затем — для поиска потенциальных эффектов, ответственных за эти связи. Для выявления и исключения статистических выбросов применяли итеративный подход, для оценки воспроизводимости результатов анализ проводили отдельно для всех доступных GWAS (максимум двух) по каждому заболеванию. Полученные данные объединили в общий пул и рассчитывали общие и прямые эффекты СДВГ однопараметрически и многопараметрически соответственно. Генетическая предрасположенность к СДВГ оказалась независимо связана с повышенным риском нервной анорексии — отношение шансов (ОШ) 1,28; 95-процентный ДИ 1,11–1.47; p = 0,001. С БДР связь оказалась двунаправленной, причем в прямом направлении (СДВГ как причинный фактор БДР) слабее, чем в обратном (БДР как причинный фактор СДВГ) — ОШ 1,09; 95-процентный ДИ 1,03–1,15; p = 0,003 против ОШ 1,76; 95-процентный ДИ 1,50–2,06; p = 4×10−12. После введения поправки на влияние БДР и других кофакторов обнаружилась прямая причинная связь СДВГ с ПТСР (ОШ 1,18; 95-процентный ДИ 1,05–1,33; p = 0,007) и попыткой суицида (ОШ 1,30; 95-процентный ДИ 1,16–1,547; p = 2×10−5). Признаков взаимосвязи СДВГ с шизофренией, биполярным расстройством и тревожностью исследователи не выявили. Таким образом, СДВГ служит независимым фактором риска развития БДР, ПТСР, нервной анорексии и суицидальных наклонностей. В силу этого в клинической практике необходим мониторинг пациентов с СДВГ на признаки этих заболеваний, чтобы при необходимости своевременно принять меры их профилактики, пишут авторы работы. В 2020 году СДВГ стал первым заболеванием, для лечения которого в США официально одобрили видеоигру. Двумя годами позже финские, британские и французские исследователи продемонстрировали, что VR-игра может помочь в диагностике этого расстройства.