研究者らは、超音波を使用して小さく複雑な脳血管内を誘導するバブルマイクロロボットを開発した。 「マイクロビークル」はマウスでの試験に成功しており、脳腫瘍や脳卒中などの症状を治療するための薬剤を正確に送達する手段となる可能性がある。
私たちの脳には 404 マイル (650 キロメートル) 以上の血管があります。ナノテクノロジーの進歩により、これまでアクセスできなかった場所を小さく複雑な経路で移動し、正確な薬物送達を提供し、低侵襲手術を実行できる小型ロボットの開発が可能になりました。
血管網の複雑さと血流圧を考慮すると、マイクロロボットを誘導する方法が必要です。磁場を使用して脳内の血管を通してマイクロロボットを誘導すると、正確な操作が可能になりますが、マイクロロボットは磁性を持たなければならないため、生分解性が制限されます。
今回、チューリッヒ工科大学、チューリッヒ大学、チューリッヒ大学病院の研究者らは、超音波を使用してマウスの脳の狭く複雑な血管を移動できるマイクロキャリア（脂質でコーティングされたガス充填微小気泡）の開発に協力した。
この研究の責任著者の一人であるダニエル・アーメッド氏は、「超音波は医療分野で広く使用されているだけでなく、安全であり、人体の奥深くまで浸透することができる」と述べた。
これらの小さく滑らかなガス充填マイクロバブルは直径 1.1 ～ 1.4 ミクロンで、現在超音波イメージングで使用されている蛍光造影剤から作られています。時間が経つと、それらは体内で溶解し、その脂質シェルは生体細胞膜と同じ材料でできています。
リアルタイム光学イメージングと組み合わせた音響マイクロロボット ナビゲーション DelCampo Fonseca らによる研究。マイクロロボットは体内で長期間溶解することができ、その脂質の殻は生体の細胞膜と同じ材料でできていることを発見した。
研究者らはマウスにマイクロバブルを注射し、動物の血液中を循環させた。顕微鏡により、ロボットのリアルタイムイメージングが可能になります。研究者らはマウスの頭の外側に最大4つの超音波センサーを取り付けたところ、マイクロロボットが自己集合して群れを作り、脳血管に沿って移動することで音波に反応することを発見した。
ロボットは、各センサーの出力を最大 1.5 ミクロン/秒の速度で調整することで誘導され、最大 10 mm/秒の血流速度で逆方向に正常に移動します。結果は、音響マイクロマニピュレーターが生体内で生理学的条件下で動作できることを示しています。研究者らは超音波駆動後に脳組織を分析したところ、マイクロロボットが血管内壁を損傷したり、神経細胞死を引き起こしたりしていないことが判明した。
すでに使用されている物質からマイクロバブルを生成することには利点があります。 「これらの泡、つまり小胞はすでに人間への使用が承認されているため、我々の技術は現在開発中の他のタイプのマイクロキャリアよりも早く人間の治療のために承認される可能性が高い」とアーメド氏は述べた。
マイクロロボットがマウスの脳血管内を移動できることを実証したので、研究者らの次のステップは、マイクロバブルの殻の外側に薬物分子を付着させることだ。成功すれば、超音波で活性化するマイクロキャリアは、がん、脳卒中、精神疾患の治療に使用できる可能性がある。
この研究はNature Communications誌に掲載された。