De minuscules robots biohybrides à l'échelle micrométrique peuvent nager dans le corps et administrer des médicaments aux tumeurs ou fournir d'autres fonctions de transport de marchandises. Les tendances naturelles de détection environnementale des bactéries signifient qu'elles peuvent naviguer vers certains produits chimiques ou être contrôlées à distance à l'aide de signaux magnétiques ou sonores.

Pour reussir, ces minuscules robots biologiques doivent être constitués de matériaux capables de traverser la réponse immunitaire du corps. Ils doivent également être capables de nager rapidement dans des environnements visqueux et de pénétrer dans les cellules des tissus pour livrer une cargaison.

Dans un article publié cette semaine dans APL Bio-ingénierie , des éditions AIP, les chercheurs ont fabriqué des micronageurs bactériens biohybrides en combinant un produit génétiquement modifié E. coli sous-souche MG1655 et nanoérythrosomes, petites structures faites de globules rouges.

Les nanoérythrosomes sont des nanovésicules dérivées des globules rouges en vidant les cellules, conserver les membranes et les filtrer à l'échelle nanométrique. Ces minuscules porteurs de globules rouges se fixent à la membrane bactérienne en utilisant la puissante liaison biologique non covalente entre la biotine et la streptavidine. Ce processus préserve deux importantes protéines membranaires des globules rouges :TER119 nécessaire à la fixation des nanoérythrosomes, et CD47 pour empêcher l'absorption des macrophages.

Les E. coli MG 1655 sert de bioactionneur effectuant le travail mécanique de propulsion à travers le corps en tant que moteur moléculaire utilisant la rotation flagellaire. Les capacités de nage des bactéries ont été évaluées à l'aide d'un algorithme de suivi d'objets 2D personnalisé et de 20 vidéos prises comme données brutes pour documenter leurs performances.

Les micronageurs biohybrides avec des bactéries portant des nanoérythrosomes de globules rouges ont exécuté à des vitesses 40 % plus rapides que les autres micronageurs biohybrides à base de microparticules alimentées par E. coli, et le travail a démontré une réponse immunitaire réduite en raison de la taille nanométrique des nanoérythrosomes et des ajustements de la densité de couverture des nanoérythrosomes sur la membrane bactérienne.

Ces nageurs biohybrides pourraient délivrer des médicaments plus rapidement, en raison de leur vitesse de nage, et rencontre moins de réponse immunitaire, en raison de leur composition. Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux pour affiner davantage la clairance immunitaire des microrobots et étudier comment ils pourraient pénétrer dans les cellules et libérer leur cargaison dans le microenvironnement tumoral.

"Ce travail est un tremplin important dans notre objectif global de développement et de déploiement de microrobots biohybrides pour la livraison de cargaison thérapeutique, ", a déclaré l'auteur Metin Sitti. "Si vous réduisez la taille des globules rouges à l'échelle nanométrique et fonctionnalisez le corps de la bactérie, vous pourriez obtenir des propriétés supérieures supplémentaires qui seront cruciales dans la traduction de la microrobotique médicale aux cliniques. »