El desarrollo de nanorobots ha mejorado significativamente las estrategias de la nanomedicina. Aunque los nanorobots sirven como excelentes sistemas de administración de fármacos, la fabricación de nanorobots controlables magnéticamente con tamaños precisos adecuados para la administración de fármacos ha sido una tarea desafiante.
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Recientemente, los científicos abordaron esta limitación y fabricaron nanorobots biocompatibles con las células inmunitarias mediante litografía por haz de electrones. Este estudio fue publicado en Informes científicos.
Métodos convencionales para fabricar nanorobots
Los nanorobots son pequeños dispositivos basados en nano que pueden navegar por regiones distales del cuerpo de difícil acceso. Estos dispositivos tienen diversas aplicaciones biomédicas, como la cirugía mínimamente invasiva, la teledetección y la administración dirigida de fármacos. Los científicos han desarrollado varios micro/nanorobots con diferentes métodos de control, incluidos los eléctricos, acústicos, magnéticos, térmicos y químicos.
Ilustración 1. El proceso de fabricación de nanorobots en forma de L: (a) Capa de Al depositada por EBE, patrón de resistencia por EBL y grabado de la capa de Al por grabado ICP; (b) Al removido de áreas no protegidas por patrones de resistencia EB; (C) Ag, Ni y Ti depositados por EBE; (es decir) capa de Al disuelta con NaOH y H2O2 Solución para liberar los nanorobots. © Jiang, T et al. (2022)
Aunque los nanorobots magnéticos han sido los más estudiados entre los nanorobots, los suyos son en vivo La aplicación se ha asociado con varios problemas, incluida la biocompatibilidad, la movilidad, el tamaño y la capacidad de orientación deficientes. Además, los científicos han trabajado en el desarrollo de micro/nanorobots producibles en masa a costos asequibles.
Uno de los métodos más comunes para fabricar micro/nanorobots magnéticos es el método de escritura láser directa (DLW), que se basa en la tecnología de polimerización de dos fotones (2PP). Este método es ideal para desarrollar un microrobot de cualquier forma y longitud deseada de 100 nm con un número de Reynolds bajo. La principal desventaja de este método es su incapacidad para fabricar nanorobots del tamaño deseado adecuado para la administración de fármacos.
Aunque la limitación anterior asociada con el proceso DLW ha sido superada por el proceso de deposición de ángulo de mirada (GLAD), solo puede producir micro/nanorobots helicoidales. Es importante destacar que los científicos utilizaron la fotolitografía para diseñar microrobots planos aquirales para la administración de fármacos. Este método se puede utilizar para la producción en masa de micro robots a bajo costo. Varios estudios han demostrado que los microrobots aquirales pueden nadar bajo activación magnética con números de Reynolds bajos y competir eficazmente con micro/nanorobots espirales.
Desarrollo de nanorobots planos aquirales mediante litografía por haz de electrones
Recientemente, los investigadores han creado nanorobots planos aquirales utilizando el método de litografía por haz de electrones (EBL). Este es un método novedoso para fabricar nanorobots ya que el método EBL tradicional solo se ha utilizado para nanoestructuras bidimensionales.
Figura 2 Perfiles de velocidad de los nanorobots. (a) perfiles de velocidad lineal cuando la frecuencia y la fuerza del campo magnético aumentaron proporcionalmente. (b) perfiles de velocidad no lineales cuando la intensidad del campo magnético permanece constante en 2 mT mientras aumenta la frecuencia; Se observó abandono a 10 Hz. © Jiang, T et al. (2022)
En este estudio, los científicos utilizaron dos métodos, es decir, la exposición al haz de electrones y los métodos de evaporación del haz de electrones, para fabricar una gran cantidad de nanorobots en una oblea de silicio. El tamaño de estos nanorobots era de unos 400 nm Los autores utilizaron una capa de adhesión de plata (Ag) entre la capa de níquel (Ni) y una capa de resistencia al haz de electrones (EB).
Los autores explicaron que la capa de Ni impartía propiedades magnéticas a los nanorobots recién sintetizados, mientras que la capa de titanio (Ti) los hacía biocompatibles. El Ti metálico se oxida ligeramente y forma una capa de óxido de titanio (10 nm) sobre los nanorobots en forma de L. Estas estructuras similares a nanopartículas basadas en Ti hacen que el nanorobot sea citocompatible y permiten la adhesión celular.
Brevemente, los nanorobots en forma de L recién sintetizados compuestos de Resist/Ag/Ni/Ti se unieron al sustrato compuesto por una capa de aluminio (Al) de sacrificio. Los científicos diseñaron el proceso de liberación para garantizar que quedaran depósitos mínimos de Ag/Ni/Ti en la muestra. Este proceso involucró la eliminación del exceso de Al de sacrificio durante el proceso de síntesis del nanorobot.
Propiedades ventajosas del nuevo nanorobot
Los investigadores evaluaron las propiedades de natación de los nanorobots en forma de L recién sintetizados (longitud de 1,4 μm) aumentando proporcionalmente la fuerza del campo magnético y la frecuencia de rotación. Observaron un aumento en la velocidad de avance del nanorobot con el aumento de la frecuencia del campo magnético.
La velocidad de los nanorobots también se determinó manteniendo la intensidad del campo magnético en 2 mT mientras se aumentaba la frecuencia de rotación. Esta prueba mostró un cambio en el eje de rotación fijo del cuerpo de los nanorobots cuando se incrementó la frecuencia de rotación. Este resultado mostró una relación no lineal entre la frecuencia y la velocidad.
El estudio actual informó que la velocidad de avance de los nanorobots aumentó hasta alcanzar un máximo de 3,2 μm/s, donde la velocidad luego disminuyó. Se informó una eficiencia de natación promedio de 0,23, comparable a los micro/nanorobots existentes.
figura 3 Ensayos de citotoxicidad celular utilizando células cancerosas HepG2. imagen MEB (a) y una vista ampliada (b) de nanorobots en forma de L cultivados con células cancerosas HepG2. (C) ensayo de viabilidad celular usando el ensayo CCK-8. (es decir) Color vivo/muerto por Hoechst 33258 (azul) /PI (rojo). © Jiang, T et al. (2022)
Biocompatibilidad de los nanorobots en forma de L para en vivo aplicaciones
Los científicos evaluaron la citotoxicidad de los nanorobots en forma de L utilizando un ensayo CCK-8 basado en células normales (fibroblastos de ratón L929) y células cancerosas (células HepG2) para determinarlos. en vivo Aplicabilidad.
Se realizó un análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) para observar la adhesión de las células normales al nanorobot. Los científicos observaron una adhesión interfacial significativa entre los nanorobots en forma de L y las células. Además, los autores informaron que los nanorobots en forma de L mostraron una proliferación significativa en comparación con el control. Este estudio también informó que el nanorobot no mostró citotoxicidad en células HepG2 y células normales.
Los macrófagos son células inmunitarias cruciales que desempeñan un papel fundamental en la terapia dirigida a tumores y la medicina regenerativa. Por lo tanto, estas células inmunitarias se utilizaron para determinar la citocompatibilidad de los nanorobots. Los autores informaron que los nanorobots aquirales eran estables y compatibles con las células normales, las células cancerosas y las células inmunitarias. Estos nanorobots en forma de L tienen un inmenso potencial para en vivo Aplicaciones nanomédicas.
Relación
Jiang, T. et al.. (2022) Nanorobots aquirales magnéticos compatibles con macrófagos fabricados mediante litografía por haz de electrones. Informes científicos, 12 (13080). https://www.nature.com/articles/s41598-022-17053-x
