Российские ученые разработали проект медицинских наноботов!

Новые, неведомые болячки появляются в нашей жизни чуть ли не каждый год, да и старые не думают уходить на покой. Ковид, оспа обезьян, а теперь еще и корь — у врачей и пациентов последние два-три года нет ни минуты покоя. Многое ли способна предложить современная медицина в борьбе с ними? К счастью, да!

С каждым годом мы учимся всё лучше и лучше справляться с различной заразой, но вылечить ее — лишь полбеды.

Диагностировать болезнь гораздо, гораздо тяжелее, особенно на ранних этапах, когда потенциальный вред можно снизить чуть ли не до нуля. Логично, что если мы будем знать о заразе заранее, то и бороться с ней можно будет превентивными методами.

Как же это можно сделать? Из того, что практикуют сейчас — анализы, медосмотры, исследования разными причудливыми приборами. Их очень много, все они безусловно классные, но хватает ли их, чтобы предупредить развитие всех современных болезней? Очевидно, нет.

«Как сделать диагностику эффективнее?», — спросите вы, и будете в этом не одиноки, ведь светлые умы физфака МГУ задались тем же вопросом и нашли на него интересный ответ.

Вот он: «Наномашины, сынок!».

Наномашины на страже вашего здоровья

По концепту идея наноботов-детекторов довольно проста: машины эти нужны для того, чтобы безболезненно для пациента ввести их в организм (к нужным органам и частям тела) и затем найти в проблемных областях биомаркеры, которые характерны для тех или иных патологий.

Чем это лучше традиционных анализов? Маленький размер роботов позволит тоньше работать с проблемными областями, ведь их миниатюрность позволит выявить даже малейшие очаги возникновения болезней в человеческих тканях.

Чем раньше и точнее нашли поломки в организме — тем больше шансов сделать пациента счастливым после полного выздоровления. Эта штука может выявить рак на первой, скрытой стадии или даже немножечко раньше.

Дополнительный бонус — это ещё и не так больно, как шкрябание ватной палочкой по ноздрям и горлу, глотание "кишки" или прием у проктолога. В общем, сплошные плюсы.

Как это сделано?

Московские технари идут по стопам лесковского Левши — они подковывают блоху, но на новый лад.

Чтобы сделать нанобота с биосенсорами, настроенными на вычисление определенной ДНК, нужен целый список «колдунств»:

• Литография оптическая
• Литография электронная
• Реактивно-ионное травление
• Вакуумное напыление

Опытные образцы изготовили на доступных в продаже легированных бором пластинах фирмы Soitec с верхним слоем кремния толщиной в 110 нанометров, удельным сопротивлением примерно в 10 Ом на сантиметр и толщиной поддерживающей подложки в 750 микрометров. Кроме того, на пластину добавили промежуточный слой оксида кремния в 200 нанометров

Оптической фотолитографией ученые сварганили контактные площадки, а также слои изолирующего диэдектрика, а электронную литографию использовали для формирования структуры транзисторов. Замысловатый кремниевый нанопровод самородки смастерили с помощью реактивно-ионного травления, а чтобы вся эта конструкция не коротила в жидкости, добавили на поверхность дополнительные слои диэлектрика.

В конце к этой вундервафле прикрутили термометр с нагревателем (сделанным как тонкие платиновые провода), и вот — наш нанозонд готов!

Как оно работает?

Общий принцип работы нанобота — это сбор «пазла» из ДНК. Почему именно так и зачем это нужно?

Диагностика основана на поиске следов заболевания в организме человека — это могут быть как специфические выделения отдельных органов человека, так и биологические следы патогенов, вызывающих болезнь — вирусов и бактерий. Из-за своей природы все эти биомаркеры состоят из разной ДНК, похожей на кусочки пазлов.

Именно эти кусочки биозондам и нужны. Чтобы определить, есть ли у пациента конкретная болезнь или нет, нужно всего лишь дать роботу нужный кусочек «пазла», ввести его в организм или образец, и посмотреть, найдет ли он себе пару. Если не нашел — хорошо, болезни нет. Если нашел — врачи смогли определить, чем именно заразился пациент.

Эксперимент, который проводили исследователи из МГУ, должен был проверить работоспособность разработанной ими конструкции.

Эксперимент проходил в пять этапов:

• Сделать биочип из кремния, добавить на него канал-нанопровод.
• Обработать поверхность специальными растворами.
• Добавить на поверхность «специфические зонды» — кусочки ДНК-пазла, на которые будут ловить искомые биомаркеры
• Погрузить биозонд в исследуемую среду
• Проследить, сложатся ли кусочки «пазла»

Про первый этап мы вам уже рассказали. Что же было дальше?

Сначала путем химической обработки, ученые обездвижили образец ДНК, с помощью которого они собирались искать биомаркеры. В частности, в нее вошла: обработка зонда в растворе МПТМС с толуолом при 70 градусах по Цельсию, промывание чистым толуолом (два раза), метанолом и водой, а также просушивание на воздухе.

После этого на поверхность зонда нанесли искомую последовательность ДНК, которая включает целый набор различных биомаркеров, осевших на нанопокрытии из золота и кремния.

Затем ученые 40-50 минут пропускали через биосенсор заранее определенную щепотку ДНК-мишени и отмыли его буферным раствором высокой и комнатной температуры и посмотрели, как датчики на зонде отреагировали на наличие биомаркеров, а также насколько стабильны те «кусочки пазлов», что должны проявиться при удачной диагностике.

Результаты эксперимента показали, что биологические датчики на наноботе работают корректно. Ему удалось найти пару для «пазлов», задуманных учеными, и при этом определить их концентрацию с большой точностью. Ученые отдельно подчеркнули, что несмотря на свой малый размер, при обработке зонд оказался устойчив к агрессивной химической среде, а это значит, и в «боевых» условиях он будет работать почти безукоризненно — если у применяющих его врачей будут прямые руки, конечно.

В чём же цимес этой разработки?

Помимо того, что у врачей появился новый крутой инструмент для детектирования всякой непонятной дичи, идея может получить и дальнейшее развитие.

Болезни можно не только находить, но и лечить теми же дронами.

Поиск «пазлов» возможно совместить с коррекцией. Дроны могут доставлять лекарства, которые либо будут точечно поступать прямо к очагам заразы, либо оперировать с помощью дополнительных приспособлений не отходя от кассы

Таким образом можно будет лечить не только рак или сложные вирусы, но и более обыденные, но всё равно опасные вещи — тромбы, камни в почках, патологии сердца и мозга. Стоит ли говорить, сколько нервов и жизней простых людей это может сберечь?

Все, что осталось — довести этих роботов до ума и пустить в серию. Конечно, это потребует создания новых производственных цепочек и модернизации старых, но в целом, как что-то невозможное это не выглядит. Точно можно сказать одно: будущее уже произошло.