p Os engenheiros do MIT projetaram pequenos robôs que podem ajudar as nanopartículas de distribuição de drogas a sair da corrente sanguínea e entrar em um tumor ou outro local de doença. Como artesanato em "Fantastic Voyage" - um filme de ficção científica dos anos 1960 em que uma tripulação de submarino diminui de tamanho e percorre um corpo para reparar células danificadas - os robôs nadam pela corrente sanguínea, criando uma corrente que arrasta nanopartículas junto com eles. p Os microrrobôs magnéticos, inspirado pela propulsão bacteriana, pode ajudar a superar um dos maiores obstáculos para a entrega de medicamentos com nanopartículas:fazer com que as partículas saiam dos vasos sanguíneos e se acumulem no lugar certo.

p "Quando você coloca nanomateriais na corrente sanguínea e os direciona para o tecido doente, a maior barreira para que esse tipo de carga chegue ao tecido é o revestimento do vaso sanguíneo, "diz Sangeeta Bhatia, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências e Tecnologia da Saúde e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research e do Institute for Medical Engineering and Science do MIT, e o autor sênior do estudo.

p "Nossa ideia era ver se você pode usar o magnetismo para criar forças fluidas que empurram as nanopartículas para o tecido, "acrescenta Simone Schuerle, um ex-pós-doutorado do MIT e autor principal do artigo, que aparece na edição de 26 de abril da Avanços da Ciência .

p No mesmo estudo, os pesquisadores também mostraram que poderiam alcançar um efeito semelhante usando enxames de bactérias vivas que são naturalmente magnéticas. Cada uma dessas abordagens pode ser adequada para diferentes tipos de entrega de drogas, dizem os pesquisadores.

p Robôs minúsculos

p Schuerle, que agora é professor assistente no Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH Zurique), começou a trabalhar em pequenos robôs magnéticos como estudante de graduação no Multiscale Robotics Lab de Brad Nelson na ETH Zurich. Quando ela veio para o laboratório de Bhatia como pós-doutorado em 2014, ela começou a investigar se esse tipo de robô poderia ajudar a tornar a distribuição de nanopartículas de drogas mais eficiente.

p Na maioria dos casos, pesquisadores direcionam suas nanopartículas para locais de doenças que são cercados por vasos sanguíneos "vazando", como tumores. Isso torna mais fácil para as partículas entrarem no tecido, mas o processo de entrega ainda não é tão eficaz quanto deveria ser.

p A equipe do MIT decidiu explorar se as forças geradas por robôs magnéticos poderiam oferecer uma maneira melhor de empurrar as partículas para fora da corrente sanguínea e para o local-alvo.

p Os robôs que Schuerle usou neste estudo têm 35 centésimos de milímetro de comprimento, semelhante em tamanho a uma única célula, e pode ser controlado pela aplicação de um campo magnético externo. Este robô bioinspirado, que os pesquisadores chamam de "flagelo bacteriano artificial, "consiste em uma pequena hélice que se assemelha ao flagelo que muitas bactérias usam para se propelirem. Esses robôs são impressos em 3D com uma impressora 3D de alta resolução e, em seguida, revestidos com níquel, o que os torna magnéticos.

p Para testar a capacidade de um único robô de controlar nanopartículas próximas, os pesquisadores criaram um sistema microfluídico que imita os vasos sanguíneos que circundam os tumores. O canal em seu sistema, entre 50 e 200 mícrons de largura, é forrado com um gel que tem orifícios para simular os vasos sanguíneos rompidos vistos perto de tumores.

p Usando ímãs externos, os pesquisadores aplicaram campos magnéticos ao robô, o que faz a hélice girar e nadar pelo canal. Como o fluido flui através do canal na direção oposta, o robô permanece estacionário e cria uma corrente de convecção, que empurra partículas de poliestireno de 200 nanômetros para o tecido do modelo. Essas partículas penetraram duas vezes mais no tecido do que as nanopartículas entregues sem o auxílio do robô magnético.

p This type of system could potentially be incorporated into stents, which are stationary and would be easy to target with an externally applied magnetic field. Such an approach could be useful for delivering drugs to help reduce inflammation at the site of the stent, Bhatia says.

p Bacterial swarms

p The researchers also developed a variant of this approach that relies on swarms of naturally magnetotactic bacteria instead of microrobots. Bhatia has previously developed bacteria that can be used to deliver cancer-fighting drugs and to diagnose cancer, exploiting bacteria's natural tendency to accumulate at disease sites.

p Para este estudo, the researchers used a type of bacteria called Magnetospirillum magneticum, which naturally produces chains of iron oxide. These magnetic particles, known as magnetosomes, help bacteria orient themselves and find their preferred environments.

p The researchers discovered that when they put these bacteria into the microfluidic system and applied rotating magnetic fields in certain orientations, the bacteria began to rotate in synchrony and move in the same direction, pulling along any nanoparticles that were nearby. Nesse caso, the researchers found that nanoparticles were pushed into the model tissue three times faster than when the nanoparticles were delivered without any magnetic assistance.

p This bacterial approach could be better suited for drug delivery in situations such as a tumor, where the swarm, controlled externally without the need for visual feedback, could generate fluidic forces in vessels throughout the tumor.

p The particles that the researchers used in this study are big enough to carry large payloads, including the components required for the CRISPR genome-editing system, Bhatia says. She now plans to collaborate with Schuerle to further develop both of these magnetic approaches for testing in animal models.