איך הננורובוט עובד

הארכיטקטורה של המערכת פשוטה בכוונה ומאפשרת התאמה גבוהה:

• עיצוב מודולרי: שני מודולים נפרדים הניתנים לשינוי תצורה — יחידת הנעה מגנטית וקפסולת מטען .
• 'סקוטש מולקולרי' מבוסס DNA: כל מודול נושא גדילי DNA משלימים. כשהם נפגשים, הגדילים נקשרים ומחברים את המודולים זה לזה ליצירת ננורובוט פונקציונלי. ניתן גם להתיר את הקשר הזה, מה שמאפשר שחזור המודולים .
• הנעה מגנטית: מודול ההנעה הוא מגנטי, ומאפשר שליטה חיצונית. שדה מגנטי יכול לכוון את הרובוט למטרה — כמו גידול — ומאוחר יותר לשלוף אותו לשימוש חוזר .
• קפסולת מטען: הקפסולה מכילה ארבע שלפוחיות פולימריות ננומטריות, כל אחת עמוסה באנזימים. מצעים (סובסטרטים) נכנסים דרך נקבוביות זעירות, אנזימים הופכים אותם לתוצרים פעילים, ואלה משתחררים באופן מקומי. ניתן גם לפתוח את השלפוחיות באופן סלקטיבי לשחרור תרכובות ביו-אקטיביות .
• יכולת עגינה: מולקולות ביולוגיות נוספות על קפסולת המטען מאפשרות לרובוט להיצמד למשטחי תאים ספציפיים או לחומרים .

תוצאות הניסוי על תאי HeLa

הצוות בחן את הננורובוט על תאי סרטן HeLa, שורת תאים אנושית נפוצה במחקר סרטן:

• הננורובוטים הצטברו על פני השטח של תאי HeLa, מה שאושר באמצעות סימון פלואורסצנטי .
• כשהננורובוטים צוידו באנזימים שמייצרים תרופה אנטי-סרטנית, הם הפחיתו את כדאיות תאי HeLa ל-16% תוך 72 שעות — כלומר 84% מתאי הסרטן נהרגו .
• היעילות נובעת מייצור תרופה מקומי ומרוכז, ישירות על פני התא, במקום ממתן מערכתי .

יישומים רחבים יותר וצעדים הבאים

העיצוב המודולרי פירושו שהפלטפורמה אינה מוגבלת לטיפול בסרטן. על ידי החלפת קפסולת המטען, ניתן לשנות את ייעודו של אותו ננורובוט לתפקידים שונים לחלוטין:

• רפואה ממוקדת: אספקת חומרים טיפוליים ישירות לגידולים או לרקמה חולה, כאשר המודול המגנטי מאפשר שליפה ושימוש חוזר .
• קטליזה תעשייתית: מילוי הקפסולה מחדש באנזימים שונים לתגובות קטליטיות על פי דרישה בייצור .
• שיקום סביבתי: שימושים פוטנציאליים כוללים טיהור מים ופירוק מזהמים .
• שימוש חוזר: ניתן להפריד את המודולים, למלא מחדש את קפסולת המטען, ולחבר את המודולים מחדש — כל זאת תוך שחזור יחידת ההנעה המגנטית לשימוש חוזר .
• שימוש בבני אדם: יישום בבני אדם נותר יעד ארוך טווח, אך הפלטפורמה מתוכננת כך שניתן להתאים אותה בקלות פשוט על ידי שינוי קפסולת המטען .

המחקר פורסם בכתב העת Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). הוא נערך במסגרת המרכז הלאומי לכשירות במחקר – הנדסת מערכות מולקולריות והמכון השווייצרי לננו-מדע, בשיתוף עם אוניברסיטת היידלברג .

איך הננורובוט עובד

הארכיטקטורה של המערכת פשוטה בכוונה ומאפשרת התאמה גבוהה:

• עיצוב מודולרי: שני מודולים נפרדים הניתנים לשינוי תצורה — יחידת הנעה מגנטית וקפסולת מטען .
• 'סקוטש מולקולרי' מבוסס DNA: כל מודול נושא גדילי DNA משלימים. כשהם נפגשים, הגדילים נקשרים ומחברים את המודולים זה לזה ליצירת ננורובוט פונקציונלי. ניתן גם להתיר את הקשר הזה, מה שמאפשר שחזור המודולים .
• הנעה מגנטית: מודול ההנעה הוא מגנטי, ומאפשר שליטה חיצונית. שדה מגנטי יכול לכוון את הרובוט למטרה — כמו גידול — ומאוחר יותר לשלוף אותו לשימוש חוזר .
• קפסולת מטען: הקפסולה מכילה ארבע שלפוחיות פולימריות ננומטריות, כל אחת עמוסה באנזימים. מצעים (סובסטרטים) נכנסים דרך נקבוביות זעירות, אנזימים הופכים אותם לתוצרים פעילים, ואלה משתחררים באופן מקומי. ניתן גם לפתוח את השלפוחיות באופן סלקטיבי לשחרור תרכובות ביו-אקטיביות .
• יכולת עגינה: מולקולות ביולוגיות נוספות על קפסולת המטען מאפשרות לרובוט להיצמד למשטחי תאים ספציפיים או לחומרים .

תוצאות הניסוי על תאי HeLa

הצוות בחן את הננורובוט על תאי סרטן HeLa, שורת תאים אנושית נפוצה במחקר סרטן:

• הננורובוטים הצטברו על פני השטח של תאי HeLa, מה שאושר באמצעות סימון פלואורסצנטי .
• כשהננורובוטים צוידו באנזימים שמייצרים תרופה אנטי-סרטנית, הם הפחיתו את כדאיות תאי HeLa ל-16% תוך 72 שעות — כלומר 84% מתאי הסרטן נהרגו .
• היעילות נובעת מייצור תרופה מקומי ומרוכז, ישירות על פני התא, במקום ממתן מערכתי .

יישומים רחבים יותר וצעדים הבאים

העיצוב המודולרי פירושו שהפלטפורמה אינה מוגבלת לטיפול בסרטן. על ידי החלפת קפסולת המטען, ניתן לשנות את ייעודו של אותו ננורובוט לתפקידים שונים לחלוטין:

• רפואה ממוקדת: אספקת חומרים טיפוליים ישירות לגידולים או לרקמה חולה, כאשר המודול המגנטי מאפשר שליפה ושימוש חוזר .
• קטליזה תעשייתית: מילוי הקפסולה מחדש באנזימים שונים לתגובות קטליטיות על פי דרישה בייצור .
• שיקום סביבתי: שימושים פוטנציאליים כוללים טיהור מים ופירוק מזהמים .
• שימוש חוזר: ניתן להפריד את המודולים, למלא מחדש את קפסולת המטען, ולחבר את המודולים מחדש — כל זאת תוך שחזור יחידת ההנעה המגנטית לשימוש חוזר .
• שימוש בבני אדם: יישום בבני אדם נותר יעד ארוך טווח, אך הפלטפורמה מתוכננת כך שניתן להתאים אותה בקלות פשוט על ידי שינוי קפסולת המטען .

המחקר פורסם בכתב העת Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). הוא נערך במסגרת המרכז הלאומי לכשירות במחקר – הנדסת מערכות מולקולריות והמכון השווייצרי לננו-מדע, בשיתוף עם אוניברסיטת היידלברג .