Pesquisadores da Micro, Laboratório de Sistemas Nano e Molecular no Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart, junto com uma equipe internacional de cientistas, desenvolveram nanorrobôs em forma de hélice que, pela primeira vez, são capazes de perfurar tecido denso, como ocorre em um olho. Eles aplicaram um revestimento antiaderente aos nanopropulsores, que têm apenas 500 nm de largura - exatamente pequenos o suficiente para caber na firme matriz molecular da substância gelatinosa no vítreo. As brocas são 200 vezes menores que o diâmetro de um fio de cabelo humano, ainda menor que a largura de uma bactéria. Sua forma e seu revestimento escorregadio permitem que os nanopropulsores se movam relativamente desimpedidos através de um olho, sem danificar o tecido biológico sensível ao seu redor. Esta é a primeira vez que os cientistas foram capazes de conduzir nanorrobôs através de tecido denso, Até agora, só foi demonstrado em sistemas modelo ou fluidos biológicos. A visão dos pesquisadores é um dia carregar os nanopropulsores com drogas ou outros agentes terapêuticos e direcioná-los para uma área-alvo, onde eles podem entregar o medicamento onde for necessário.

A distribuição direcionada de drogas dentro do tecido biológico denso é muito desafiadora, especialmente nessas escalas pequenas:em primeiro lugar, é a consistência viscosa do interior do globo ocular, a matriz molecular compacta que um nanopropulsor precisa passar. Atua como barreira e evita a penetração de estruturas maiores. Em segundo lugar, mesmo se os requisitos de tamanho forem atendidos, as propriedades químicas da rede biopolimérica no olho ainda resultariam no nanopropeller preso nesta malha de moléculas. Imagine um minúsculo parafuso de cortiça abrindo caminho através de uma teia de fita adesiva dupla-face. E em terceiro lugar, há o desafio de uma atuação precisa. Este último os cientistas superaram adicionando um material magnético, como ferro, ao construir os nanopropulsores, o que lhes permite direcionar as brocas com campos magnéticos para o destino desejado. Os outros obstáculos que os pesquisadores superaram tornando cada nanopropulsor não maior que 500 nm de tamanho, e aplicando um revestimento antiaderente de duas camadas. A primeira camada consiste em moléculas ligadas à superfície, enquanto o segundo é um revestimento com fluorocarbono líquido. Isso diminui drasticamente a força adesiva entre os nanorrobôs e o tecido circundante.

"Para o revestimento, olhamos para a natureza em busca de inspiração, "explica o primeiro autor do estudo, Zhiguang Wu. Ele foi Humboldt Research Fellow no MPI-IS e agora é pós-doutorado no California Institute of Technology." Na segunda etapa, aplicamos uma camada líquida encontrada na planta carnívora, que tem uma superfície escorregadia no perístomo para capturar insetos. É como o revestimento de teflon de uma frigideira. Este revestimento escorregadio é crucial para a propulsão eficiente de nossos robôs dentro do olho, pois minimiza a adesão entre a rede de proteínas biológicas no vítreo e a superfície de nossos nanorrobôs. "

“O princípio da propulsão dos nanorrobôs, seu pequeno tamanho, bem como o revestimento escorregadio, será útil, não só no olho, mas para a penetração de uma variedade de tecidos no corpo humano, "diz Tian Qiu, um dos autores correspondentes do artigo, e um líder de grupo no Micro, Laboratório de Sistemas Nano e Moleculares no MPI-IS.

Tanto Qiu quanto Wu fazem parte de uma equipe de pesquisa internacional que trabalhou na publicação com o título "Um enxame de micropropulsores escorregadios penetra no corpo vítreo do olho". Também, a Universidade de Stuttgart, o Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg, o Instituto de Tecnologia de Harbin na China, A Universidade de Aarhus na Dinamarca e o Hospital de Olhos da Universidade de Tübingen contribuíram para o trabalho pioneiro. Foi no hospital de olhos, onde os pesquisadores testaram seus nanopropulsores em olho de porco dissecado e onde observaram o movimento das hélices com o auxílio de tomografia de coerência óptica, uma técnica de imagem clinicamente aprovada amplamente utilizada no diagnóstico de doenças oculares.

Do outro lado do olho em direção à retina

Com uma pequena agulha, os pesquisadores injetaram dezenas de milhares de robôs helicoidais do tamanho de bactérias no humor vítreo do olho. Com a ajuda de um campo magnético circundante que gira os nanopropulsores, eles então nadam em direção à retina, onde o enxame pousa. Nanorrobôs escorregadios penetram em um olho. Ser capaz de controlar precisamente o enxame em tempo real era o que os pesquisadores buscavam. Mas não acaba aqui:a equipe já está trabalhando um dia usando seus nano-veículos para aplicações de entrega direcionadas. "Essa é a nossa visão, "diz Tian Qiu." Queremos ser capazes de usar nossos nanopropulsores como ferramentas no tratamento minimamente invasivo de todos os tipos de doenças, onde a área problemática é difícil de alcançar e cercada por tecido denso. Não muito longe no futuro, poderemos carregá-los com drogas. "

Este não é o primeiro nanorrobô que os pesquisadores desenvolveram. Por vários anos agora, eles têm criado diferentes tipos de nanorrobôs usando um sofisticado processo de fabricação 3-D desenvolvido pela Micro, Grupo de pesquisa de Sistemas Nano e Molecular liderado pelo Professor Peer Fischer. Bilhões de nanorrobôs podem ser feitos em apenas algumas horas, vaporizando dióxido de silício e outros materiais, incluindo ferro, em um wafer de silício sob alto vácuo enquanto ele gira.