Найти и уничтожить: микророботы тестируют защитную функцию иммунной системы

Робототехника призвана, по определению, помогать в развитии производства и освоении космоса. В последнее десятилетие она становится все более востребованной и в естественных науках, в области, которая появилась в результате слияния идей и подходов из различных научных и технологических дисциплин.

Робототехника может помочь при автоматизации множества процессов, в том числе при производстве лекарственных средств, искусственном оплодотворении и в таких лабораторных работах, как аналитические исследования и подготовка химических реагентов.

Недавно опубликованная в журнале Science Robotics статья рассматривает роль роботехники в изучении биологических процессов на микроуровне в динамическом и адаптивном состоянии. Работы проводились в лабораториях робототехники и механобиологии Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Окунувшись в мир микробиологии, исследователи были очарованы открывающимися возможносттями и идеями.

Има Авалос, один из авторов исследования, говорит: «Когда я начала обучение в докторантуре по механобиологии, я была полностью сосредоточена на бактериальной адгезии и не могла предположить, что буду заниматься робототехникой». По существу, мы объединились, чтобы изучить реакции иммунных клеток, когда их атакуют такие паразиты, как микробы. Когда эти охотящиеся микрофагоциты находят добычу, они вначале должны распознать ее, а затем устанавливают физический контакт, достаточно устойчивый для захвата. Хотя движущие силы этого процесса были изучены, из-за отсутствия соответствующих технологий очень мало известно об их поведении на охоте, предшествующему фагоцитозу (активный захват и поглощение микроскопических живых объектов). Понимание сигналов и процессов, которые определяют, когда фагоциты захватывают свою добычу, имеет решающее значение для развития иммунологии и прямые последствия в фармакологии. Это, в свою очередь, требует создания адаптивной системы, которая может подавать такие сигналы и способна оперативно управлять ими на микроуровне.

Отвечая на эту потребность, была разработана платформа, в которой использована магнитная система с состоящим из восьми электромагнитных катушек 3-осевым управлением для конфокального сканирующего микроскопа, который позволяет записывать жизнь клеток и люминесцентную индикацию. С помощью этой системы можно управлять магнитными силами и подходящими микрозондами, которые могли бы послужить для микробов добычей, направляемой этими силами.

Для дальнейшего изучения исследователи объединились с экспертами по материлам из лаборатории робототехники. Совместно были изготовлены имитирующие бактерий микрочастицы с помощью 2-х фотонной полимеризации, технологии 3D-печати с разрешением нанометрового масштаба, чтобы сформировать пресс-формы для формирования магнитных сердечников. Комбинируя эти новые зонды с 3-х осевой системой управления удалось добиться полного контроля положения и ориентации искусственных частиц добычи, как это происходит в действительности с реальными микробами.

Представленная технология позволяет изучать новые методы для иммунной защиты организма, система может также использоваться для множества других механобиологических исследований в масштабе от одиночных клеток и до органов на электронном чипе. В сочетании с микрофлюидными платформами она позволяет использовать магнитные манипуляции в живом организме.