Salah satu hambatan terbesar untuk mengantarkan obat di dalam jaringan tubuh yang sakit adalah mengarahkan obat yang harus menembus aliran darah hingga tepat pada sasaran yang seharusnya.
Untuk mengatasi tantangan ini, terdapat dua cara pendekatan secara magnetik yang diuji oleh para peneliti. Dengan merancang mikrorobot dan bakteri. Masing-masing pendekatan ini dapat saling melengkapi untuk berbagai jenis pemberian obat, kata para peneliti.
“Ketika Anda menempatkan bahan nano dalam aliran darah dan menargetkannya terhadap jaringan yang sakit, hambatan terbesar untuk jenis muatan yang dimasukkan ke dalam jaringan adalah lapisan pembuluh darah,” kata Sangeeta Bhatia dari MIT sebagai penulis senior studi ini.
“Gagasan kami adalah untuk melihat apakah Anda dapat menggunakan magnet untuk menciptakan kekuatan fluida yang mendorong nanopartikel ke dalam jaringan,” tambah Simone Schuerle, penulis utama makalah, yang muncul dalam Science Advances.
Dalam kebanyakan kasus, para peneliti menargetkan nanopartikel sampai di lokasi penyakit yang dikelilingi oleh pembuluh darah yang rusak, seperti tumor. Ini membuatnya lebih mudah bagi partikel untuk memasuki jaringan, tetapi proses pengirimannya masih belum seefektif yang seharusnya.
Robot yang digunakan Schuerle dalam penelitian ini berukuran 35/100 milimeter, ukurannya hampir sama dengan sel tunggal, dan dapat dikontrol dengan menerapkan medan magnet dari luar jaringan. Robot yang terinspirasi dari bakteri ini, oleh peneliti disebut sebagai “flagela bakteri buatan”. Terdiri dari berbagai heliks berukuran kecil yang menyerupai flagela yang digunakan oleh kebanyakan bakteri untuk menggerakkan tubuhnya. Robot-robot ini dicetak 3-D dengan printer 3-D resolusi tinggi dan kemudian dilapisi dengan nikel, sehingga memiliki sifat magnetis.
Untuk menguji kemampuan robot tunggal dalam mengontrol partikel nano di dekatnya, para peneliti menciptakan sistem mikrofluida yang meniru pembuluh darah yang berada di sekitar tumor. Lebar dari saluran sistem ini, antara 50 hingga 200 mikron, dilapisi dengan gel berlubang untuk menirukan pembuluh darah yang rusak seperti yang ditemui pada tumor.
Dengan menggunakan magnet eksternal, para peneliti menerapkan medan magnet pada mikrorobot, yang membuat heliksnya berputar dan berenang melewati saluran. Karena cairan yang mengalir melalui saluran dalam arah yang berlawanan, robot tidak bergerak dan menciptakan arus konveksi, yang mendorong partikel polistiren 200-nanometer ke dalam jaringan model. Partikel-partikel ini menembus dua kali lebih jauh ke dalam jaringan ketika nanopartikel dikirim tanpa bantuan robot magnetik.
Jenis sistem ini berpotensi dapat dimasukkan ke dalam stent (pipa logam atau plastik yang dimasukkan ke dalam pembuluh), yang stasioner dan akan mudah untuk ditargetkan dengan medan magnet yang diterapkan secara eksternal. Pendekatan semacam itu dapat berguna untuk memberikan obat-obatan untuk membantu mengurangi peradangan di lokasi sekitar stent, kata Bhatia.
Para peneliti juga mengembangkan kawanan bakteri magnetotactic alami. Bhatia sebelumnya telah mengembangkan bakteri yang dapat digunakan untuk mengantarkan obat pencegah kanker dan untuk mendiagnosis kanker, memanfaatkan kecenderungan alami bakteri untuk berkumpul di lokasi penyakit.
Untuk studi ini, para peneliti menggunakan jenis bakteri yang disebut Magnetospirillum magneticum, yang secara alami menghasilkan rantai oksida besi. Partikel-partikel magnetik ini, yang dikenal sebagai magnetosom, membantu bakteri mengorientasikan diri dan menemukan lingkungan yang mereka sukai.
Para peneliti menemukan bahwa ketika mereka menempatkan bakteri ini ke dalam sistem mikofluida dan menerapkan medan magnet yang berputar dalam orientasi tertentu, bakteri mulai berputar menyelaraskan diri dan bergerak ke arah yang sama, membawa serta nanopartikel yang ada di dekatnya. Dalam hal ini, para peneliti menemukan bahwa nanopartikel yang didorong ke dalam jaringan model, tiga kali lebih cepat daripada ketika nanopartikel dikirim tanpa bantuan magnet.
Pendekatan bakteri ini bisa lebih cocok untuk pemberian obat dalam situasi seperti tumor, di mana kawanan bakteri, dikendalikan secara eksternal tanpa perlu umpan balik secara visual, dapat menghasilkan kekuatan fluida dalam pembuluh darah di seluruh tumor.
Partikel yang digunakan peneliti dalam penelitian ini cukup besar untuk membawa muatan yang banyak, termasuk komponen yang diperlukan untuk sistem penyuntingan genom CRISPR, kata Bhatia. Dia sekarang berencana untuk berkolaborasi dengan Schuerle untuk lebih mengembangkan kedua pendekatan magnetik ini untuk pengujian pada model hewan.
