Mohlo by vás také zajímat
Američané hlásí průlom. Jaderná fúze uvolnila energii. Ke komerční výrobě je ale stále daleko
František Novák 19. prosince 2022Historický průlom v oblasti jaderné fúze. Američtí vědci dokázali během experimentu se slučováním jader vyrobit více energie, než kolik bylo…
Německo oznámilo „zimní záchranu“ nemocnic. Napumpuje do nich miliardy eur
František Novák 1. prosince 2022Německý ministr zdravotnictví Karl Lauterbach ze sociální demokracie hovoří o největší reformě nemocnic za 20 let. V praxi se jedná…
PRŮZKUM: Komu ještě vzrostou mzdy a v jakých oborech naopak zamrznou?
Jan Strouhal 24. listopadu 2022Prudký růst cen v letošním roce přinesl velký tlak na zaměstnavatele, po kterých zaměstnanci požadují navýšení mezd. Někteří už tak…
- ČLÁNEK
Nahradí lékaře mikroroboti z gelu a zlata řízení světlem? Objevy VŠCHT posouvají medicínu poblíž sci-fi
Výzkumná skupina Ivana Řehoře z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze v Praze vyvinula mikrorobota o velikosti lidské buňky. Ten je na dálku napájen a navigován světlem a umí donekonečna vykonávat mechanicky přesné úkony. Kromě toho jeho tým dokáže vytvořit gelovou mikročástici, která má definovaný tvar, a tak do ní například můžeme vepsat číslo, což lze použít proti padělkům léků.
Představte si robota o velikosti lidské buňky, který je na dálku napájen i navigován světlem.
Představte si, že tenhle robot dokáže donekonečna (při zachování zdroje světla) vykonávat na úrovni mikrosvěta mechanicky zcela přesné úkony. Bez nutnosti jakéhokoli invazivního zákroku „zvenčí“. I tomu se věnují na pražské Vysoké škole chemicko-technologické (VŠCHT).
Možnosti využití při tvorbě nových materiálů či manipulaci s jednotlivými buňkami v oblasti biomedicíny jsou bezbřehé. Výzkumná skupina Ivana Řehoře z VŠCHT podobné mikroroboty vyrábět dokáže, a nejen je.
Nedávno také oznámila, že vymyslela způsob, jak efektivně vytvářet částice libovolného tvaru o velikosti lidské buňky, které neobsahují žádný umělý (syntetický) materiál.
Farmacii a biomedicínu čeká změna
„Schopnost robotické manipulace v minulosti naprosto změnila řadu odvětví lidské aktivity, například automobilový průmysl a průmyslovou výrobu obecně. My podnikáme první kroky k tomu, abychom byli schopni podobných úkonů v mikroměřítku, tedy v úrovni jednotek či desítek mikronů,“ říká doktor Ivan Řehoř.
To může do budoucna radikálním způsobem změnit výrobu materiálů, biomedicínské aplikace a další oblasti, kde bude možné jednoduše, levně, přesně a bezpečně manipulovat jednotlivými buňkami a například je skládat do větších funkčních celků.
Řehořovi mikroroboti jsou tvořeni na světlo reagujícími hydrogelovými mikročásticemi. Vyrábějí se v procesu nazvaném stop flow litografie a jejich součástí jsou také částice zlata.
„Pokud vyrábíte malého robota, není možné, aby si nesl svůj zdroj energie s sebou. Proto jsou naši roboti napájeni na dálku svazkem světla. Zlaté částice toto světlo účinně zachycují a přeměňují jej na teplo, které vyvolává vlastní pohyb robota pomocí opakovaných stahů jeho těla,“ popisuje Řehoř.
Ten strávil část své vědecké kariéry v nizozemském Utrechtu, právě tamní univerzita spolu s VŠCHT a Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR stojí za výzkumem. Svůj objev „světelného mikrorobota“ publikovala Řehořova skupina v oborově prestižním časopise Soft Robotics.
MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:
Devastace přírody zvyšuje riziko pandemií, varují odborníci. Že budou přicházet, je jisté
Vědec pracuje na hybridu prasete a člověka. Sloužil by jako dárce orgánů
Robot jako „žížala“
Světlo jako zdroj pohybu není nový nápad. Co ale dělá výzkum na VŠCHT výjimečným, je samotná kontrola pohybu robota, který se plazí po povrchu nejjednodušším možným způsobem – tělo robota se pouze smršťuje a opět rozpíná.
Klíčovou roli hraje nerovnoměrná změna tření mezi robotem a podkladem, po němž se sune. „Tato změna pochází ze složitých dějů v materiálu robota, jež se během jeho smrštění a roztahování dějí na molekulární úrovni zaplétání a opětovného rozplétání jednotlivých polymerních řetězců, z nichž je vyroben. To nám také umožňuje naprosto jednoduchý systém řízení a navigace robota pouze pomocí míření svazku světla,“ upozorňuje Řehoř na unikátnost systému.
Velkou výhodou nových mikrorobotů je v porovnání s klasickými přístupy k mikromanipulaci nízká výrobní cena. Současné nástroje, jež využívají „zpřevodování“ makroskopických pohybů do mikroměřítka, například přístroje pro asistovanou reprodukci či mikrochirurgii, jsou velmi drahé.
Navíc vždy vyžadují pevné spojení mezi místem manipulace a vnějším zařízením. „Výrobní cena jednoho robota je naprosto zanedbatelná,“ říká vědec. Dodává, že jeho záměr obstojí i v konkurenci obdobných přístupů k manipulaci na mikroúrovni, typicky využívajících namísto světla magnetické pole.
VIDEO: Jak fungují geloví mikroroboti ovládaní světlem?
Zdroj: VŠCHT, youtube.com
Částice bez syntetiky
Řehořův tým také stojí za objevem, jak efektivně vytvářet částice libovolného tvaru o velikosti lidské buňky, které neobsahují žádný umělý (syntetický) materiál. Tato kombinace vlastností mikročástic je ve vědeckém světě zcela nová a může být zásadní pro budoucí vývoj umělých tkání.
Okamžité využití má pak v oblasti farmak – částice lze nanést na léčivo a použít jako značku, díky níž lze účinně odhalit jeho falšování, což byl prvotní cíl výzkumu.
„Díky našemu výzkumu umíme vytvořit gelovou mikročástici, která má definovaný tvar, a tak do ní například můžeme vepsat číslo. Tuto částici dokážeme umístit přímo na formulaci léčiva (tabletku), a protože je z čistého biopolymeru, může být naprosto bezpečně užita spolu s vlastním léčivem. Pokud se pak podíváte na tabletu pod mikroskopem, můžete si číslo přečíst,“ vysvětluje Řehoř.
Idea je taková, že číslo na tabletce bude spárované s číslem šarže na obalu léčiva a pouze výrobce bude znát klíč ke spárování. Pokud bude pochybnost o pravosti léčiva, bude možné, například přes mobilní aplikaci, poslat obě čísla na server výrobce a ten vrátí zpět informaci, zda se jedná o originál, či padělek.
Fabrika na mikročástice
Podle Řehoře je zcela zásadní, že dokážou vytvářet biomateriál na úrovni velikosti lidské buňky, z nichž poté lze vytvářet umělé orgány.
| Výroba částic |
| Částice jsou tvarovány pomocí světla. Existují ve vodě rozpustné polymery, které se po ozáření provážou do sítí – gelů. Gel, ačkoli obsahuje spoustu vody, má již pevný tvar, který se získá tak, že se osvětlují pouze určité části polymeru. Schopnost tvořit gely po osvícení mají ovšem jenom syntetické polymery. Biopolymery (polymery získávané z živých zdrojů) použité v projektu takovéto problémy nezpůsobují, ovšem zase je nelze přímo tvarovat pomocí světla. Řešení spočívá v tom, že vědci jednoduše smíchali syntetický polymer s biopolymerem. Tuto směs vytvarovali světlem, kde vzniklý gel držel tvar pomocí vazeb syntetického polymeru, zatímco biopolymer zůstal uvězněn v jeho struktuře. „Poté jsme chemicky svázali do sítě i ten uvězněný biopolymer. Tak nám vznikly dvě vzájemně propletené makromolekulární sítě. V posledním kroku jsme selektivně rozpustili síť syntetického polymeru, a získali tak mikroobjekt přesně definovaného tvaru, který je tvořen čistým biopolymerem,“ říká Řehoř. |
„Naše těla se skládají ze základních stavebních kamenů – buněk. Pokud chceme vytvářet biomateriály, které mají s naším tělem interagovat či přejímat některé jeho funkce, musíte být schopni tyto biomateriály tvarovat v malých velikostech,“ vysvětluje doktor Řehoř.
Další výhodou je kvantita produkce takových mikročástic. „Umíme naše mikročástice produkovat v množství tisíců částic za hodinu. To se zatím, alespoň pokud vím, nikomu nepovedlo,“ dodává držitel grantu z Fondu Dagmar Procházkové pro talentované vědce se zahraniční zkušeností.
Momentálně pracují na tzv. mikrofluidním syntetizátoru, v němž by byly všechny kroky výrobního procesu seřazeny za sebou a který by hydrogelové mikročástice chrlil v počtech desetitisíců za hodinu (pro představu – na 1 cm3 umělé tkáně je potřeba zhruba milion mikročástic).
„Cesta k náhradním orgánům bude nicméně velmi dlouhá. Snažíme se teď vytvořit nástroje, které by umožnily stavbu struktur podobných těm v živých tkáních. Napodobit organizační strukturu ovšem samo o sobě nezaručuje funkčnost takového umělého orgánu, to je opravdu hudba budoucnosti,“ podotýká Řehoř.
Levná varianta
Princip ovládání robotů z dílny týmu VŠCHT je podle Řehoře mnohem jednodušší než u magnetických robotů. K dalšímu rozvoji vybízí i nízká cena, lze jej podle vědce snadno postavit už za 500 eur.
„Navíc pracujeme na vývoji mikrorobotů, kteří by mohli jednou být napájeni i běžným slunečním světlem a plazili by se kdekoli. Ale to je opravdu budoucnost,“ uzavírá Řehoř.
