Ultrasound-powered nanorobots travel through blood to kill toxins / I nanorobot ad ultrasuoni viaggiano attraverso il sangue per uccidere le tossine

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Coloured SEM image of nanorobots coated in hybrid platelet/red blood cell membranes (Image: Esteban-Fernández de Ávila/Science Robotics) / Immagine SEM colorata di nanorobots rivestiti in membrane di piastrine / globuli rossi ibridi (Immagine: Esteban-Fernández de Ávila / Science Robotics)

Ultrasound-powered nanorobots could one day sail through blood to remove harmful bacteria and toxins. 

This is the goal of engineers at the University of California San Diego (UCSD) who have developed proof-of-concept nanorobots with the potential to safely and efficiently detoxify and decontaminate biological fluids.

Researchers built the nanorobots by coating gold nanowires with a hybrid of platelet and red blood cell membranes. According to UCSD, this hybrid cell membrane coating allows the nanorobots to perform the tasks of two different cells simultaneously – platelets, which bind pathogens like MRSA bacteria, and red blood cells, which absorb and neutralise the toxins produced by these bacteria.

The gold body of the nanorobots responds to ultrasound, which gives them the ability to swim around rapidly without chemical fuel. This mobility helps the nanorobots efficiently mix with their targets – bacteria and toxins – in blood and speed up detoxification.

The work, published in Science Robotics, combines technologies pioneered by Joseph Wang and Liangfang Zhang, professors in the Department of NanoEngineering at the UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang’s team developed the ultrasound-powered nanorobots, and Zhang’s team invented the technology to coat nanoparticles in natural cell membranes.

“By integrating natural cell coatings onto synthetic nanomachines, we can impart new capabilities on tiny robots such as removal of pathogens and toxins from the body and from other matrices,” said Wang. “This is a proof-of-concept platform for diverse therapeutic and biodetoxification applications.”

“The idea is to create multifunctional nanorobots that can perform as many different tasks at once,” said co-first author Berta Esteban-Fernández de Ávila, a postdoctoral scholar in Wang’s research group at UC San Diego. “Combining platelet and red blood cell membranes into each nanorobot coating is synergistic – platelets target bacteria, while red blood cells target and neutralise the toxins those bacteria produce.”

The coating is also said to protect the nanorobots from biofouling, whereby proteins collect onto the surface of foreign objects and prevent them from operating normally.

Researchers created the hybrid coating by first separating entire membranes from platelets and red blood cells. They then applied high-frequency sound waves to fuse the membranes together.

Since the membranes were taken from cells, they contain all their original cell surface protein functions. To make the nanorobots, researchers coated the hybrid membranes onto gold nanowires using specific surface chemistry.

The devices, which are about 25 times smaller than the width of a human hair, can travel up to 35 micrometres per second in blood when powered by ultrasound. In tests, researchers used the nanorobots to treat blood samples contaminated with MRSA and their toxins. After five minutes, these blood samples are said to have had three times less bacteria and toxins than untreated samples.

ITALIANO

I nanorobot a ultrasuoni potrebbero un giorno navigare attraverso il sangue per rimuovere batteri e tossine dannose.

Questo è l'obiettivo degli ingegneri dell'Università della California di San Diego (UCSD) che hanno sviluppato nanorobot proof-of-concept con il potenziale per disintossicare e decontaminare i fluidi biologici in modo sicuro ed efficiente.

I ricercatori hanno costruito i nanorobot rivestendo i nanofili d'oro con un ibrido di membrane piastriniche e di globuli rossi. Secondo UCSD, questo rivestimento di membrana cellulare ibrido consente ai nanorobot di svolgere contemporaneamente i compiti di due diverse cellule: piastrine, che legano agenti patogeni come i batteri MRSA e globuli rossi, che assorbono e neutralizzano le tossine prodotte da questi batteri.

Il corpo d'oro dei nanorobot risponde agli ultrasuoni, che danno loro la possibilità di nuotare rapidamente senza carburante chimico. Questa mobilità aiuta i nanorobot a miscelarsi efficacemente con i loro obiettivi - batteri e tossine - nel sangue e ad accelerare la disintossicazione.

Il lavoro, pubblicato su Science Robotics, combina le tecnologie sperimentate da Joseph Wang e Liangfang Zhang, professori nel Dipartimento di NanoEngineering presso la UC of San Diego Jacobs School of Engineering. Il team di Wang ha sviluppato i nanorobot ad ultrasuoni e il team di Zhang ha inventato la tecnologia per rivestire le nanoparticelle nelle membrane cellulari naturali.

"Integrando rivestimenti cellulari naturali su nanomacchine sintetiche, possiamo conferire nuove capacità a robot di piccole dimensioni come la rimozione di agenti patogeni e tossine dal corpo e da altre matrici", ha affermato Wang. "Questa è una piattaforma proof-of-concept per diverse applicazioni terapeutiche e di biodossificazione."

"L'idea è di creare nanorobot multifunzionali in grado di svolgere contemporaneamente tante attività diverse", ha detto la co-autrice Berta Esteban-Fernández de Ávila, studiosa postdottorato nel gruppo di ricerca di Wang presso l'UC San Diego. "La combinazione delle membrane delle piastrine e dei globuli rossi in ogni rivestimento nanorobot è sinergica - le piastrine colpiscono i batteri, mentre i globuli rossi prendono di mira e neutralizzano le tossine prodotte dai batteri".

Si dice anche che il rivestimento protegga i nanorobot dal biofouling, per cui le proteine ​​si depositano sulla superficie di oggetti estranei e impediscono loro di funzionare normalmente.

I ricercatori hanno creato il rivestimento ibrido separando per prime intere membrane da piastrine e globuli rossi. Hanno poi applicato le onde sonore ad alta frequenza per fondere insieme le membrane.

Poiché le membrane sono state prelevate dalle cellule, contengono tutte le loro funzioni originarie della proteina della superficie cellulare. Per realizzare i nanorobot, i ricercatori hanno rivestito le membrane ibride su nanofili d'oro usando la chimica della superficie specifica.

I dispositivi, che sono circa 25 volte più piccoli della larghezza di un capello umano, possono viaggiare fino a 35 micrometri al secondo nel sangue quando alimentati da ultrasuoni. Nei test, i ricercatori hanno utilizzato i nanorobot per trattare i campioni di sangue contaminati con MRSA e le loro tossine. Dopo cinque minuti, si dice che questi campioni di sangue hanno avuto tre volte meno batteri e tossine rispetto ai campioni non trattati.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/ultrasound-powered-nanorobots/?cmpid=tenews_5340453&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79