Biološki nanoroboti

Slika 1 a) Bakterija poput Escherichia coli kao nosač lijeka s magnetskim nanočesticama za navođenje i praćenje (nacrtano prema [1])

Očekuje se da će se primjenjivi mikroroboti i nanoroboti početi koristiti za 30 do 50 godina, a možda i prije. Tada će se čovjek potpuno osloboditi bolesti, genetskih urođenih mana, usporiti starost i produžiti život. Ovi roboti potpuno će promijeniti život čovjeku

prof. dr. Gojko Nikolić

Obećavajući pravac razvoja nanorobota je korištenje postojećih živih mikroorgnizama koji postoje u prirodi, pa i veliki broj u čovjeku. Genetskim inženjeringom nastoji se promijeniti njihovo ponašanje. Također, dodaju se lijekovi u ili na njihovo tijelo. Za vanjsko usmjeravanje koriste se anorganske čestice nanesene na njihovu površinu.

Biološki mikroorganizmi imaju osjetljivost i sposobnost otkrivanja kemijskih znakova u svom okruženju kako bi pronašli hranu ili izbjegli opasnost. [1]

Naziv robot za mikro i nano objekte, bez obzira bili mehanički ili biološki, pridodan je iako ne zadovoljava definiciju koju taj naziv ima. Robot već i u običnom govoru ima puno šire značenje. U ovom slučaju označava objekte koji su upravljani ili »programirani« da obavljaju neki zadatak. To programiranje ne mora biti »klasično« već može biti i genetsko.

Istraživačima je interesantna bakterija Escherichia coli ne zato što je najkompleksnija i ima najveći broj gena od svih bakterija, već zbog njene mogućnosti samostalnog kretanja.

Istraživači s Max Planck instituta u Stuttgartu su 2017. su pričvrstili na tu bakteriju mikročestice izrađene od slojeva kemoterapijskog doxorubicina i sitnih magnetskih nanočestica (slika 1a).

“Bakterioboti”

Modificirane bakterije kao bionanoroboti nazvane su »bakterioboti« (eng. Bacteriobot). Taj pristup ima ogromnih prednosti jer su mnogi »mehanizmi« prirodno riješeni. Riješeno je npr. kretanje (flagelama), osiguranje energije, jednostavno stvaranje velikog broja jedinki i sl. U taj pravac spada i izrada živih nanorobota poput ksenobota od matičnih stanica žaba vrste Xenopus laevis (slika 1b). U svom središtu ksenorobot nosi lijek kojeg isporučuje na oboljelo mjesto. Životni vijek mu je ograničen na tjedan dana nakon čega se prirodnim putem odstranjuje iz organizma. [2, 3]

Postoje rješenja koji bakteriju Escherichia coli, zbog njenih flagela s kojima se kreće, koriste kao »teglećeg konja«. Ona gura crvenu krvnu stanicu kao nosača lijeka koji su postavljen na nju. Postoji mogućnost da se eritrociti koriste i kao »spužve« za hvatanje toksina iz uzoraka krvi. [1]

Timovi znanstvenika istražuju korištenje i nekih drugih bakterija za različite namjene, koji se sada ispituju za liječenje karcinoma kod miševa. Rješenja su nazvana po efektima koje ostvaruju: A- Bakterijske bombe, B- Kodirana nanostruktura za snimanje (slika 2a), C- Navigacija potpomognuta magnetima i D- Isijavanje svjetla na tumorima (slika 2b). [4]

Također radi se i na stvaranju novih vrsta »sintetičkih bakterija«. Postupk je usmjeren na dodavanje u DNK bakterije Escherichia coli nove sintetičke baze »X« i »Y«. Početkom 2017. godine uspjelo je stabilizirati »polusintetičke« bakterije koje su mogle rasti i dijeliti se prirodnim putem, prenoseći sintetičke baze »X« i »Y« na nove generacije. Onima u DNA označenih s A, T, C, G (adenin, citozin, timin i gvanin) dodana su ta dva nova slova. Time se omogućuje stvaranje znatno većeg broja novih aminokiselina, što znači dobivanje potpuno novih molekula, a time i novih lijekova.

Jedan od smjerova izrade nanorobota je kombinacija živih organizama s mehaničkim dijelovima, stvaranje hibrida. Prvi takav hibridni nanorobot, koji je bio izrađen i radio određeno vrijeme, je Nano-Copter (Sveučilište Cornell, N.Y.). Motor je bio biološki proizveden genetski izmijenjenom bakterijom Bacillus PS3 s genima bakterije Escherichia coli. Na motor je zalijepljen propeler od nikla dimenzija 150 nm x 750 nm. Motor je postavljen na tijelo od ugljikove nano-cijevi (CNT) (slika 3a).

Brz razvoj inženjerskih metoda i znanosti

Drugi izvedeni primjer biohibridnog mikrorobota koristi magnezijski mikromotor integriran sa živom stanicom makrofaga (vrste leukocita). Taj sustav obuhvaćao je biokompatibilni pogon motora magnezijeve jezgre i biološke funkcije mikrofaga, koji je proizveo neutralizaciju endotoksina (slika 3b).

U ova dva objavljena teksta o mehaničkim i biološkim nanorobotima dan je izuzeTno mali pregled, mikro i nanorobota raznih načina gradnje koji su već izrađeni ili na kojima se intenzivno radi. Ukazana je velika raznolikost rješenja i nastojanja istraživača da ostvare primjenjiva rješenja. Nakon uspješne izrade pojedinog mikro i nanorobota ostaje problem potrebe velikog broja jedinki koji je nužan za ostvarivanje njihovih zadataka. Veliki broj jedinki u izvršenju svojih zadataka traži i određeni oblik »inteligentnog« ponašanja, koje je prisutno kod kolektivne inteligencije u prirodi (mravi, pčele, skakavci i sl.). Sve to još uvijek nije uspješno riješeno.

Očekuje se da će se primjenjivi mikroroboti i nanoroboti početi koristiti tek za 30 do 50 godina. Tada će se čovjek potpuno osloboditi bolesti, genetskih urođenih mana, usporiti starost i produžiti život. Ovi roboti potpuno će promijeniti život čovjeku. To bi moglo stvoriti novi svijet s novim pravilima, zakonima i međusobnim odnosima.

Je li realno da se to ostvari? Odgovor na to može se dobiti spoznajom o stalnom napretku znanstvenika. Posebno na brzom razvoju inženjerskih metoda u biologiji i kemiji, znanosti o materijalima te računalne znanosti. Zato sve ukazuje da su prognoze i vjerojatnost ostvarivanja toga cilja realne, pa čak možda i u kraćem vremenskom periodu od predviđenog.

---

*Reference:

[1] Soto F., Wang J., Ahmed R., Demirci U. (2020): Medical Micro/Nanorobots in Precision Medicine, dostupno na https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002203, objavljeno 4.10.2020.

[2] Young, J.(2020): Meet the xenobot: world’s first living, self-healing robots created from frog stem cells, dostupno na https://edition.cnn.com/2020/01/13/us/living-robot-stem-cells-intl-hnk-scli-scn/index.html, objavljeno 15.1.2020.

[3] Scientists make first living robots from frog cells, dostupno na https://www.dezeen.com/2020/01/15/xenobots-living-robots-frog-cells-technology/, objvljeno 15.1.2020.

[4] Schuerle S., Danino T.: Bacteria as Living Microrobots to Fight Cancer, dostupno na https://www.the-scientist.com/features/bacteria-as-living-microrobots-to-fight-cancer-67305, objavljeno 1.4.2020.