stringtranslate.com

Биогибридный микропловец

Биогибридный микропловец, также известный как биогибридный наноробот , [1] можно определить как микропловец , состоящий как из биологических, так и из искусственных компонентов, например, одного или нескольких живых микроорганизмов, прикрепленных к одной или нескольким синтетическим частям.

В последние годы нано- и мезоскопические объекты были разработаны для коллективного перемещения посредством прямого вдохновения природой или использования ее существующих инструментов. Небольшие мезоскопические и наноскопические системы обычно работают при низких числах Рейнольдса (Re ≪ 1), и понимание их движения становится сложным. Для осуществления локомоции симметрия системы должна быть нарушена.

Кроме того, коллективное движение требует механизма связи между сущностями, составляющими коллектив. Для разработки мезоскопических и наноскопических сущностей, способных к роевому поведению, была выдвинута гипотеза, что сущности характеризуются нарушенной симметрией с четко определенной морфологией и питаются некоторым материалом, способным собирать энергию. Если собранная энергия приводит к образованию поля, окружающего объект, то это поле может объединиться с полем соседнего объекта и привнести некоторую координацию в коллективное поведение. Такие роботизированные рои были отнесены онлайн-группой экспертов к 10 большим нерешенным групповым проблемам в области робототехники . Хотя исследование их основного механизма действия все еще находится в зачаточном состоянии, были разработаны различные системы, способные подвергаться контролируемому и неконтролируемому роевому движению путем сбора энергии (например, света, тепла и т. д.).

За последнее десятилетие биогибридные микророботы, в которых живые подвижные микроорганизмы физически интегрированы с непривязанными искусственными структурами, приобрели растущий интерес для обеспечения активного передвижения и доставки грузов к целевому месту назначения. В дополнение к подвижности, внутренние возможности восприятия и вызывания соответствующей реакции на искусственные и экологические изменения делают биогибридных микророботов на основе клеток привлекательными для транспортировки грузов в недоступные полости человеческого тела для локальной активной доставки диагностических и терапевтических средств.

Фон

Основные характеристики микроробота in vivo  [2]
В биогибридном подходе все три эти основные функции могут быть реализованы либо биологически микроорганизмом, либо искусственно синтетическими прикреплениями. Синий цвет обозначает биологические сущности (жгутиковые или целевые клетки), красный цвет обозначает искусственные структуры (прикрепленные трубки, спирали, частицы или внешние устройства). Стрелки на верхней левой панели указывают на подвижного субъекта, волновые линии на верхней правой панели указывают на сигнальные пути. Нижняя панель показывает, как функциональные возможности могут быть реализованы на основе межклеточных взаимодействий или синтетического груза (красные частицы).

Биогибридные микропловцы могут быть определены как микропловцы, которые состоят как из биологических, так и из искусственных компонентов, например, одного или нескольких живых микроорганизмов, прикрепленных к одной или различным синтетическим частям. [2] [3] Пионерами этой области, опередившими свое время, были Монтеманьо и Башан с работой 1999 года, касающейся конкретных стратегий прикрепления биологических молекул к наноизготовленным субстратам, позволяющим получать гибридные неорганические/органические наноэлектромеханические системы , так называемые НЭМС. [4] Они описали производство больших количеств F1-АТФазы из термофильных бактерий Bacillus PS3 для получения биомолекулярных моторов F1-АТФазы, иммобилизованных на наноматрице золота, меди или никеля, полученной с помощью электронно-лучевой литографии . Эти белки были прикреплены к микросферам размером в один микрон, помеченным синтетическим пептидом . Следовательно, они завершили подготовку платформы с химически активными участками и разработку биогибридных устройств, способных преобразовывать энергию биомолекулярных моторов в полезную работу. [3]

Один из самых фундаментальных вопросов в науке — что определяет жизнь. [5] Коллективное движение — один из признаков жизни. [6] Это обычно наблюдается в природе на различных размерных уровнях, когда заряженные энергией сущности собираются, в согласованных усилиях, в подвижные агрегированные структуры. Эти подвижные агрегированные события можно заметить, среди многих других, как динамические рои ; например, одноклеточные организмы, такие как бактерии, стаи саранчи или стайное поведение птиц. [7] [8] [9]

С тех пор, как Ньютон установил свои уравнения движения, тайна движения в микромасштабе часто возникала в научной истории, как это было продемонстрировано в нескольких статьях, которые следует кратко обсудить. Во-первых, важная концепция, популяризированная Осборном Рейнольдсом , заключается в том, что относительная важность инерции и вязкости для движения жидкости зависит от определенных деталей рассматриваемой системы. [3] Число Рейнольдса Re , названное в его честь, количественно определяет это сравнение как безразмерное отношение характерных инерционных и вязких сил:

Здесь ρ представляет плотность жидкости; u — характерная скорость системы (например, скорость плавающей частицы); l — характерный масштаб длины (например, размер пловца); а μ — вязкость жидкости. Принимая в качестве суспендирующей жидкости воду и используя экспериментально наблюдаемые значения для u , можно определить, что инерция важна для макроскопических пловцов, таких как рыбы ( Re = 100), в то время как вязкость доминирует в движении микромасштабных пловцов, таких как бактерии ( Re = 10−4 ) . [3]

Огромное значение вязкости для плавания в микрометровом масштабе имеет глубокие последствия для стратегии плавания. Это было памятно обсуждено Э. М. Перселлом , который пригласил читателя в мир микроорганизмов и теоретически изучил условия их движения. [10] Во-первых, стратегии движения крупных пловцов часто включают в себя придание импульса окружающей жидкости в периодических дискретных событиях, таких как образование вихрей , и движение по инерции между этими событиями . Это не может быть эффективным для пловцов микромасштаба, таких как бактерии: из-за большого вязкого затухания время инерционного движения по инерции объекта микрометрического размера составляет порядка 1 мкс. Расстояние движения по инерции микроорганизма, движущегося с типичной скоростью, составляет около 0,1 ангстрема (Å). Перселл пришел к выводу, что только силы, которые прилагаются в настоящий момент к микромасштабному телу, способствуют его движению, поэтому необходим метод постоянного преобразования энергии. [10] [3]

Микроорганизмы оптимизировали свой метаболизм для непрерывного производства энергии, в то время как чисто искусственные микропловцы (микророботы) должны получать энергию из окружающей среды, поскольку их бортовая емкость хранения очень ограничена. Как дальнейшее следствие непрерывного рассеивания энергии, биологические и искусственные микропловцы не подчиняются законам равновесной статистической физики и должны описываться неравновесной динамикой. [3] Математически Перселл исследовал последствия низкого числа Рейнольдса, взяв уравнение Навье-Стокса и исключив инерционные члены:

где — скорость жидкости, а — градиент давления . Как заметил Перселл, полученное уравнение — уравнение Стокса — не содержит явной зависимости от времени. [10] Это имеет некоторые важные последствия для того, как взвешенное тело (например, бактерия) может плавать посредством периодических механических движений или деформаций (например, жгутика ) . Во-первых, скорость движения практически не имеет значения для движения микропловца и окружающей жидкости: изменение скорости движения изменит масштаб скоростей жидкости и микропловца, но не изменит характер течения жидкости. Во-вторых, изменение направления механического движения просто изменит все скорости в системе. Эти свойства уравнения Стокса серьезно ограничивают диапазон возможных стратегий плавания. [10] [3]

Недавние публикации биогибридных микропловцов включают использование сперматозоидов, сократительных мышечных клеток и бактерий в качестве биологических компонентов, поскольку они могут эффективно преобразовывать химическую энергию в движение и, кроме того, способны выполнять сложные движения в зависимости от условий окружающей среды. В этом смысле биогибридные системы микропловцов можно описать как комбинацию различных функциональных компонентов: груза и носителя. Груз является элементом, представляющим интерес для перемещения (и, возможно, высвобождения) индивидуальным способом. Носитель является компонентом, ответственным за движение биогибрида, транспортируя желаемый груз, который связан с его поверхностью. Подавляющее большинство этих систем полагаются на биологическое двигательное движение для транспортировки синтетического груза для целевой доставки лекарств. [2] Существуют также примеры противоположного случая: искусственные микропловцы с биологическими грузовыми системами. [11] [12] [3]

За последнее десятилетие биогибридные микророботы, в которых живые мобильные микроорганизмы физически интегрированы с непривязанными искусственными структурами, приобрели растущий интерес для обеспечения активного передвижения и доставки грузов к целевому месту назначения. [13] [14] [15] [16] В дополнение к подвижности, внутренние возможности восприятия и вызова соответствующей реакции на искусственные и экологические изменения делают биогибридных микророботов на основе клеток привлекательными для транспортировки грузов в недоступные полости человеческого тела для локальной активной доставки диагностических и терапевтических агентов. [17] [18] [19] Активное передвижение, нацеливание и управление концентрированными терапевтическими и диагностическими агентами, встроенными в мобильных микророботов, к месту действия может преодолеть существующие проблемы традиционных методов лечения. [20] [21] [22] С этой целью бактерии обычно использовались с прикрепленными шариками и теневыми клеточными телами. [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31]

Бактериальные биогибриды

Биогибридные микропловцы, управляемые бактериями, имеющие сферическое тело  [32]
(a) Снимки СЭМ, показывающие микрошарики полистирола диаметром 2 мкм, каждая из которых прикреплена несколькими бактериями E. coli.
(b) Иллюстрация сил и моментов, действующих на сферическую микрошарику со стороны прикрепленных к ней бактерий, где сила и момент двигательной реакции каждой бактерии зависят от состояния.

Искусственные микро- и нанопловцы — это малогабаритные устройства, преобразующие энергию в движение. [33] [12] С момента первой демонстрации их работы в 2002 году эта область быстро развивалась с точки зрения новых методик подготовки, стратегий движения, управления движением и предполагаемой функциональности. [34] [35] Область обещает такие приложения, как доставка лекарств, восстановление окружающей среды и зондирование. Первоначальное внимание в области было сосредоточено в основном на искусственных системах, но в литературе появляется все большее число «биогибридов». Объединение искусственных и биологических компонентов является многообещающей стратегией для получения новых, хорошо контролируемых функциональных возможностей микропловцов, поскольку основные функции живых организмов неразрывно связаны со способностью двигаться. [36] Живые существа всех масштабов двигаются в ответ на стимулы окружающей среды (например, температуру или pH), чтобы искать источники пищи, размножаться или спасаться от хищников. Одной из наиболее известных живых микросистем являются плавающие бактерии, но направленное движение происходит даже на молекулярном уровне, где ферменты и белки претерпевают конформационные изменения для выполнения биологических задач. [37] [3]

Плавающие бактериальные клетки использовались при разработке гибридных микропловцов. [38] [39] [40] [41] Прикрепление груза к бактериальным клеткам может влиять на их плавательное поведение. [3] Бактериальные клетки в состоянии роения также использовались при разработке гибридных микропловцов. Роящиеся клетки Serratia marcescens были перенесены на покрытые PDMS покровные стекла, в результате чего образовалась структура, которую авторы называют «бактериальным ковром». Плоские фрагменты этого бактериального ковра разной формы, называемые «автомобильными чипами», перемещались над поверхностью предметного стекла микроскопа в двух измерениях. [42] Во многих других работах использовались роящиеся клетки Serratia marcescens , [43] [44] [45] [46] [47] [48], а также роящиеся клетки  E. coli [49] [23] для разработки гибридных микропловцов. [3] Магнитотактические бактерии были в центре внимания различных исследований из-за их универсального использования в биогибридных системах движения. [50] [51] [52] [53] [54] [3]

Биогибриды протистов

Водоросли

Биогибридные микроплавунцы Chlamydomonas reinhardtii  [31]
Вверху: Схемы этапов производства биогибридных C. reinhardtii .
Внизу: СЭМ-изображения голых микроводорослей (слева) и биогибридных микроводорослей (справа), покрытых наночастицами оксида железа, покрытыми хитозаном (CSIONP). Изображения были псевдоокрашены. Более темный зеленый цвет на правом СЭМ-изображении представляет собой хитозановое покрытие на клеточной стенке микроводорослей. Оранжевые частицы представляют собой CSIONP.

Chlamydomonas reinhardtii — одноклеточная зеленая микроводоросль . Дикий тип C. reinhardtii имеет сферическую форму, средний диаметр которой составляет около 10 мкм. [55] Этот микроорганизм может воспринимать видимый свет и управляться им (т. е. фототаксисом ) с высокой скоростью плавания в диапазоне 100–200 мкм с −1 . [19] Он обладает естественной автофлуоресценцией , что позволяет проводить флуоресцентную визуализацию без меток. [55] C. reinhardtii активно изучалась в качестве живого компонента биогибридных микророботов для активной доставки терапевтических средств. [19] Они биосовместимы со здоровыми клетками млекопитающих, не оставляют известных токсинов, подвижны в физиологически релевантных средах и допускают модификацию поверхности для переноса груза на клеточной стенке. [19] [56] [57] [58] [59] Для сборки C. reinhardtii были предложены альтернативные стратегии прикрепления посредством модификации взаимодействующих поверхностей посредством электростатических взаимодействий [19] [56] и ковалентной связи. [60] [31]

Робоколиты

Гибриды робоколитов, объединяющие полидофамин и кокколиты  [61]
Кокколитофориды EHUX культивируются для выделения кокколитов. Когда кокколиты (асимметричная морфология) подвергаются воздействию света, коллективного движения не наблюдается. Затем кокколиты осторожно смешиваются с растворами дофамина. Таким образом, гибриды кокколитов, покрытые полидофамином, получаются в качестве основы для проектирования робоколитов. Возбуждение светом и асимметрия робоколитов генерируют тепловой поток тепла из-за фототермических свойств полидофамина. Сцепление конвекции от соседних робоколитов преобразует их движение в агрегированное коллективное движение. Функционализация робоколитов также предлагается для предотвращения и контроля неспецифического присоединения биомакромолекул и возможного уменьшения агрегации.
Асимметричная архитектура морфологии кокколитов  [61]
(A) Кокколитофориды EHUX были успешно культивированы и визуализированы с помощью СЭМ (масштабная линейка: 4 мкм).
(B) После этого мы разбили и удалили клеточный материал из кокколитофорид EHUX, чтобы выделить множественные (вверху; масштабная линейка: 20 мкм) и отдельные (внизу; масштабная линейка: 1 мкм) кокколиты, визуализированные с помощью СЭМ.
(C) Изображение отдельного кокколита, полученное с помощью АСМ. Размер микрофотографии: 4 × 4 мкм.
(D) Увеличение АСМ микрофотографии отдельного кокколита. Масштабная линейка: 400 нм.
(E) Иллюстрация кокколита, демонстрирующая его специфические морфологические параметры.
(F) Типичные нанесенные на график значения специфических морфологических параметров. Данные представлены как среднее значение ± SD (n = 55), где n — количество кокколитов, визуализированных с помощью ТЭМ.

Коллективное движение является одним из признаков жизни. [6] В отличие от того, что достигается индивидуально, множественные сущности позволяют локальным взаимодействиям между каждым участником происходить в непосредственной близости. Если мы рассмотрим каждого участника коллективного поведения как (био)физический преобразователь , то энергия будет преобразована из одного типа в другой. Проксемика затем будет способствовать улучшенной коммуникации между соседними индивидуумами посредством преобразования энергии, что приведет к динамическому и сложному синергетическому поведению составной силовой структуры. [62] [61]

В последние годы наноскопические и мезоскопические объекты были разработаны для коллективного перемещения посредством прямого вдохновения от природы или путем использования ее существующих инструментов. [63] [64] [65] [66] Такие роботизированные рои были классифицированы онлайн-группой экспертов как одна из 10 величайших нерешенных групповых проблем в области робототехники . [67] Хотя исследование их основного механизма действия все еще находится в зачаточном состоянии, были разработаны различные системы, которые способны подвергаться контролируемому и неконтролируемому роевому движению путем сбора энергии (например, света, тепла и т. д.). [68] Важно, что эта энергия должна быть преобразована в чистую силу для движения системы. [61]

Малые мезоскопические и наноскопические системы обычно работают при низких числах Рейнольдса (Re ≪ 1), и понимание их движения становится сложной задачей. [69] Для осуществления локомоции симметрия системы должна быть нарушена.14 Кроме того, коллективное движение требует механизма связи между сущностями, составляющими коллектив. [61]

Для разработки мезоскопических и наноскопических сущностей, способных к роевому поведению, была выдвинута гипотеза, что сущности характеризуются нарушенной симметрией с четко определенной морфологией и питаются некоторым материалом, способным собирать энергию. Если собранная энергия приводит к образованию поля, окружающего объект, то это поле может объединиться с полем соседнего объекта и привнести некоторую координацию в коллективное поведение. [61]

Асимметричные кокколиты, полученные из кокколитофориды Emiliania huxleyi (EHUX),выделяются в качестве кандидатов на выбор нано/мезоскопического объекта с нарушенной симметрией и четко определенной морфологией. Помимо термодинамической стабильности из-за их кальцитового состава, [70] критическим преимуществом кокколитов EHUX является их отличительная и сложная асимметричная морфология. Кокколиты EHUX характеризуются несколькими молоткообразными ребрами, расположенными так, чтобы сформировать проксимальный и дистальный диск, соединенный центральным кольцом. Эти диски имеют разные размеры, но также позволяют кокколиту иметь кривизну, отчасти напоминающую колесо телеги. [71] Кокколиты EHUX можно выделить из кокколитофорид EHUX, уникальной группы одноклеточных морских водорослей , которые являются основными производителями биогенного кальцита в океане. [72] Кокколитофориды могут внутриклеточно производить сложные трехмерные минеральные структуры, такие как чешуйки карбоната кальция (т. е. кокколиты), в процессе, который непрерывно управляется специализированной везикулой. [73]

Emiliania huxleyi защищена асимметричными кокколитами

После завершения процесса сформированные кокколиты секретируются на поверхность клетки, где они формируют экзоскелет (т. е. коккосферу ). Широкое разнообразие архитектуры кокколитов приводит к дополнительным возможностям для конкретных применений в нанотехнологиях  [74] или биомедицине. [75] Неживые кокколиты из живых кокколитофорид EHUX, в частности, могут быть легко выделены в лаборатории с низкой стоимостью культивирования и высокой скоростью размножения и имеют достаточно умеренную площадь поверхности (~20 м 2 /г), демонстрирующую мезопористую структуру (размер пор в диапазоне 4 нм). [76] [61]

Предположительно, если сбор энергии осуществляется с обеих сторон кокколита EHUX, то это позволит генерировать чистую силу, что означает движение в направленном направлении. Кокколиты имеют огромный потенциал для множества применений, но для того, чтобы обеспечить сбор энергии, их поверхностные свойства должны быть тонко настроены. [77] Вдохновленная составом адгезивных белков в мидиях, самополимеризация дофамина в полидофамин в настоящее время является наиболее универсальной стратегией функционализации практически для всех типов материалов. [78] Благодаря своей поверхностной химии и широкому спектру свойств поглощения света полидофамин является идеальным выбором для функции вспомогательного сбора энергии на инертных субстратах. [79] [80] [81] В этой работе мы стремимся использовать преимущества покрытия полидофамином, чтобы обеспечить расширенные функциональные возможности сбора энергии для инертных и неодушевленных кокколитов. Полидофамин (PDA, как уже было показано, вызывает движение гранул полистирола из-за эффектов термической диффузии между объектом и окружающим водным раствором до 2 °C при возбуждении ближним инфракрасным (NIR) светом. [82] Однако коллективное поведение не было описано. Здесь мы впервые доказываем, что полидофамин может действовать как активный компонент, вызывая при видимом свете (300–600 нм) коллективное поведение структурно сложной, естественной и трудно контролируемой архитектуры, такой как кокколиты. В результате органо-неорганическая гибридная комбинация (кокколит-полидофамин) позволит спроектировать робоколитов. [61]

Полимеризация дофамина происходит в растворе, где он образует небольшие коллоидные агрегаты, которые адсорбируются на поверхности кокколитов, образуя сливающуюся пленку. Эта пленка характеризуется высокой шероховатостью, что приводит к высокой удельной площади поверхности и улучшенному сбору энергии. Из-за сопряженной природы полимерной основы полидофамин может поглощать свет в широком электромагнитном спектре, включая видимую область. [61]

В результате поверхность кокколитов наделена фототермическим эффектом, локально нагреваясь и создавая конвекцию, вызванную присутствием PDA. Эта локальная конвекция связана с другой близлежащей локальной конвекцией, что позволяет связываться между отдельными робоколитами, обеспечивая их коллективное движение (рисунок 1). [61]

Поэтому, когда свет сталкивается с анизометрическими робоколитами, они локально нагреваются из-за фототермического преобразования, вызванного присутствием PDA на их поверхности. Интенсивный локальный нагрев создает конвекцию, которая различна по обе стороны от робоколита, вызывая его наблюдаемое движение. Такая конвекция может сочетаться с конвекцией соседнего робоколита, что приводит к «роящемуся» движению. Кроме того, поверхность робоколитов спроектирована так, чтобы вмещать противообрастающие полимерные щетки и потенциально предотвращать их агрегацию. Хотя первичный конвективный подход, активируемый светом, принимается в качестве первого шага для понимания движения робоколитов, в настоящее время разрабатывается множество механистических подходов, чтобы проложить путь для следующего поколения многофункциональных робоколитов как роящихся биомикромашин. [61]

Биомедицинские приложения

Биогибридные бактериальные микроплавунцы  [83]
Биогибридная диатомитовая микроплавучая система доставки лекарств
Поверхность панциря диатомовых водорослей функционализирована фотоактивируемыми молекулами (оранжевые сферы), связанными с витамином B-12 (красная сфера), действующим как метка, нацеленная на опухоль. Система может быть загружена химиотерапевтическими препаратами (голубые сферы), которые могут быть избирательно доставлены к клеткам колоректального рака. Кроме того, микрочастицы диатомита могут быть фотоактивированы для генерации оксида углерода или свободных радикалов, вызывающих апоптоз опухолевых клеток. [84] [85]

Биогибридные микропловцы, в основном состоящие из интегрированных биологических приводов и синтетических носителей грузов, недавно продемонстрировали перспективность для минимально инвазивных тераностических приложений . [86] [87] [88] [22] Различные микроорганизмы, включая бактерии, [23] [28] микроводоросли , [89] [19] и сперматозоиды , [90] [91] использовались для изготовления различных биогибридных микропловцов с передовыми медицинскими функциями, такими как автономное управление с помощью стимулов окружающей среды для нацеливания, навигация через узкие щели и накопление в некротических областях опухолевой среды. [92] Управляемость синтетических грузовых носителей с помощью дальнодействующих внешних полей, таких как акустические или магнитные поля, [11] [93] и внутреннее таксисное поведение биологических приводов по отношению к различным стимулам окружающей среды, таким как хемоаттрактанты , [94] pH и кислород, [95] [18] делают биогибридных микропловцов перспективным кандидатом для широкого спектра приложений по активной доставке медицинских грузов. [92] [83]

Бактерии обладают высокой скоростью и эффективностью плавания в режиме потока с низким числом Рейнольдса (Re), способны воспринимать и реагировать на внешние сигналы окружающей среды и могут быть обнаружены извне с помощью методов флуоресценции или ультразвуковой визуализации. [96] [97] [98] Благодаря своим внутренним способностям восприятия различные виды бактерий были исследованы в качестве потенциальных противоопухолевых агентов и стали предметом доклинических и клинических испытаний. [99] [100] [101] [102] [103] [104] Присутствие различных видов бактерий в организме человека, например, на коже и в микросреде кишечника , способствовало их использованию в качестве потенциальных тераностических агентов или носителей в нескольких медицинских приложениях. [105] [83]

С другой стороны, специализированные эукариотические клетки, такие как эритроциты (эритроциты), являются одними из самых эффективных пассивных носителей в природе с высокой эффективностью полезной нагрузки, деформируемостью, разлагаемостью и биосовместимостью, а также используются в различных медицинских приложениях. [106] [107] [108] Эритроциты и полученные из них нановезикулы, такие как наноэритросомы, [109] были успешно приняты в качестве пассивных носителей грузов для увеличения времени циркуляции применяемых веществ в организме, [110] и для доставки различных биоактивных веществ для лечения различных заболеваний, наблюдаемых в печени, селезенке и лимфатических узлах, а также рака путем введения внутривенным, внутрибрюшинным, подкожным и ингаляционным путем. [111] [112] [113] [114] [115] Например, было показано снижение распознавания частиц, нагруженных лекарственными средствами, иммунными клетками при прикреплении к мембранам эритроцитов перед внутривенной инъекцией мышам. [116] Кроме того, был показан измененный профиль биоаккумуляции наноносителей при конъюгации с эритроцитами, что увеличило доставку наноносителей к целевым органам. [117] Также сообщалось, что период полувыведения Фасудила, препарата для лечения легочной артериальной гипертензии, внутри организма увеличился примерно в шесть-восемь раз при его загрузке в наноэритросомы. [115] [83]

Превосходные грузопереносящие свойства эритроцитов также вызвали повышенный интерес к их использованию в конструкциях биогибридных микропловцов. Недавно были представлены активная навигация и контроль эритроцитов, загруженных лекарственными средствами и суперпарамагнитными наночастицами ( SPION ), с использованием звуковых волн и магнитных полей. [11] Эритроциты были дополнительно использованы в изготовлении мягких биогибридных микропловцов, приводимых в действие подвижными бактериями для приложений активной доставки грузов. [93] Эритроциты, загруженные молекулами лекарственных средств и SPION, приводились в движение бактериями и направлялись с помощью магнитных полей, которые также были способны проходить через зазоры, меньшие их размера, из-за присущей эритроцитам высокой деформируемости. [83]

Ссылки

  1. ^ Конг, Сянъи; Гао, Пэн; Ван, Цзин; Фан, И; Хван, Куо Чу (2023). «Достижения медицинских нанороботов для будущих методов лечения рака». Журнал гематологии и онкологии . 16. doi : 10.1186/s13045-023-01463-z . PMC  10347767 .
  2. ^ abc Шварц, Лукас; Медина-Санчес, Мариана; Шмидт, Оливер Г. (2017). «Гибридные биомикромоторы». Applied Physics Reviews . 4 (3): 031301. Bibcode : 2017ApPRv...4c1301S. doi : 10.1063/1.4993441 .
  3. ^ abcdefghijkl Бастос-Арриета, Хулио; Ревилла-Гуаринос, Айноа; Успал, Уильям Э.; Симмхен, Джулиана (2018). «Бактериальные биогибридные микропловцы». Frontiers in Robotics and AI . 5 : 97. doi : 10.3389/frobt.2018.00097 . PMC 7805739. PMID  33500976 .  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  4. ^ Монтеманьо, Карло; Башанд, Джордж (1999). «Создание наномеханических устройств, работающих на биомолекулярных двигателях». Нанотехнология . 10 (3): 225–231. Bibcode : 1999Nanot..10..225M. doi : 10.1088/0957-4484/10/3/301. S2CID  250910730.
  5. ^ Аллен, Роланд Э.; Лидстрём, Сьюзи (2017). «Жизнь, Вселенная и всё остальное — 42 фундаментальных вопроса». Physica Scripta . 92 (1): 012501. arXiv : 1804.08730 . Bibcode : 2017PhyS...92a2501A. doi : 10.1088/0031-8949/92/1/012501. S2CID  119444389.
  6. ^ аб Вичек, Тамаш; Зафейрис, Анна (2012). «Коллективное движение». Отчеты по физике . 517 (3–4): 71–140. arXiv : 1010.5017 . Бибкод : 2012ФР...517...71В. doi :10.1016/j.physrep.2012.03.004. S2CID  119109873.
  7. ^ Дарнтон, Николас К.; Тернер, Линда; Рожевски, Светлана; Берг, Говард К. (2010). «Динамика бактериального роения». Biophysical Journal . 98 (10): 2082–2090. Bibcode :2010BpJ....98.2082D. doi :10.1016/j.bpj.2010.01.053. PMC 2872219 . PMID  20483315. 
  8. ^ Топаз, Чад М.; д'Орсонья, Мария Р.; Эдельштейн-Кешет, Лия; Бернофф, Эндрю Дж. (2012). "Динамика саранчи: поведенческие изменения фазы и роение". PLOS Computational Biology . 8 (8): e1002642. arXiv : 1207.4968 . Bibcode :2012PLSCB...8E2642T. doi : 10.1371/journal.pcbi.1002642 . PMC 3420939 . PMID  22916003. 
  9. ^ Коркоран, Аарон Дж.; Хедрик, Тайсон Л. (2019). «Формирования Compound-V в стаях куликов». eLife . 8 . doi : 10.7554/eLife.45071 . PMC 6548498 . PMID  31162047. 
  10. ^ abcd Purcell, EM (1977). "Жизнь при низком числе Рейнольдса". American Journal of Physics . 45 (1): 3–11. Bibcode : 1977AmJPh..45....3P. doi : 10.1119/1.10903.
  11. ^ abc Ву, Чжигуан; Ли, Тяньлун; Ли, Цзиньсин; Гао, Вэй; Сюй, Тайлин; Кристиансон, Калеб; Гао, Вэйвэй; Галарник, Михаил; Он, Цян; Чжан, Лянфан; Ван, Джозеф (2014). «Превращение эритроцитов в функциональные микромоторы». АСУ Нано . 8 (12): 12041–12048. дои : 10.1021/nn506200x. ПМЦ 4386663 . ПМИД  25415461. 
  12. ^ ab Wang, Hong; Pumera, Martin (2015). «Изготовление микро/нанодвигателей». Chemical Reviews . 115 (16): 8704–8735. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00047 . PMID  26234432.
  13. ^ Рикотти, Леонардо; Триммер, Барри; Файнберг, Адам В.; Раман, Риту; Паркер, Кевин К.; Башир, Рашид; Ситти, Метин; Мартель, Сильвен; Дарио, Паоло; Менчиасси, Арианна (2017). «Биогибридные приводы для робототехники: обзор устройств, приводимых в действие живыми клетками». Science Robotics . 2 (12): eaaq0495. doi : 10.1126/scirobotics.aaq0495 . PMID  33157905. S2CID  29776467.
  14. ^ Алапан, Юнус; Яса, Ончай; Йигит, Берк; Яса, И. Серен; Эркоч, Пелин; Ситти, Метин (2019). «Микророботоки и микроорганизмы: биогибридные автономные клеточные роботы». Ежегодный обзор управления, робототехники и автономных систем . 2 : 205–230. doi :10.1146/annurev-control-053018-023803. S2CID  139819519.
  15. ^ Чу, Дафэн; Дун, Синьюэ; Ши, Сютонг; Чжан, Каньян; Ван, Чжэньцзя (2018). «Системы доставки лекарств на основе нейтрофилов». Advanced Materials . 30 (22): e1706245. Bibcode : 2018AdM....3006245C. doi : 10.1002/adma.201706245. PMC 6161715. PMID  29577477 . 
  16. ^ Карлсен, Рика Райт; Ситти, Метин (2014). «Биогибридные клеточные актуаторы для микросистем». Small . 10 (19): 3831–3851. doi :10.1002/smll.201400384. PMID  24895215.
  17. ^ Нгуен, Ван Ду; Хан, Джи-Вон; Чой, Ён Джин; Чо, Сунгхун; Чжэн, Шаохуэй; Ко, Сонг Ён; Пак, Чон-О; Пак, Сухо (2016). «Активный липосомальный бактериобот для лечения опухолей, объединяющий инкапсулированную в лекарство (паклитаксел) липосому с целевыми бактериями (Salmonella Typhimurium)». Датчики и приводы B: Химические . 224 : 217–224. Bibcode : 2016SeAcB.224..217N. doi : 10.1016/j.snb.2015.09.034.
  18. ^ ab Felfoul, Ouajdi; Mohammadi, Mahmood; Taherkhani, Samira; De Lanauze, Dominic; Zhong Xu, Yong; Loghin, Dumitru; Essa, Sherief; Jancik, Sylwia; Houle, Daniel; Lafleur, Michel; Gaboury, Louis; Tabrizian, Maryam; Kaou, Neila; Atkin, Michael; Vuong, Té; Batist, Gerald; Beauchemin, Nicole; Radzioch, Danuta; Martel, Sylvain (2016). «Магнито-аэротаксические бактерии доставляют нанолипосомы, содержащие лекарственные препараты, в гипоксические области опухоли». Nature Nanotechnology . 11 (11): 941–947. Bibcode : 2016NatNa..11..941F. doi : 10.1038/nnano.2016.137. PMC 6094936. PMID  27525475 . 
  19. ^ abcdef Яса, Ончай; Эркоч, Пелин; Алапан, Юнус; Ситти, Метин (2018). «Микропловцы на основе микроводорослей для активной доставки грузов». Advanced Materials . 30 (45): e1804130. Bibcode :2018AdM....3004130Y. doi :10.1002/adma.201804130. PMID  30252963. S2CID  52823884.
  20. ^ Джейлан, Хакан; Гилтинан, Джошуа; Козельски, Кристен; Ситти, Метин (2017). «Мобильные микророботы для биоинженерных приложений». Lab on a Chip . 17 (10): 1705–1724. doi : 10.1039/C7LC00064B . PMID  28480466.
  21. ^ Ли, Цзиньсин; Эстебан-Фернандес Де Авила, Берта; Гао, Вэй; Чжан, Лянфан; Ван, Джозеф (2017). «Микро/нанороботы для биомедицины: доставка, хирургия, зондирование и детоксикация». Science Robotics . 2 (4): eaam6431. doi :10.1126/scirobotics.aam6431. PMC 6759331. PMID  31552379 . 
  22. ^ ab Erkoc, Pelin; Yasa, Immihan C.; Ceylan, Hakan; Yasa, Oncay; Alapan, Yunus; Sitti, Metin (2019). «Мобильные микророботы для активной терапевтической доставки». Advanced Therapeutics . 2 . doi : 10.1002/adtp.201800064 . S2CID  88204894.
  23. ^ abc Park, Byung-Wook; Zhuang, Jiang; Yasa, Oncay; Sitti, Metin (2017). «Многофункциональные управляемые бактериями микроплавунцы для целенаправленной активной доставки лекарств». ACS Nano . 11 (9): 8910–8923. doi :10.1021/acsnano.7b03207. PMID  28873304.
  24. ^ Бехкам, Бахарех; Ситти, Метин (2007). «Бактериальное жгутиковое движение и управление включением/выключением движения микрообъектов». Applied Physics Letters . 90 (2): 023902. Bibcode : 2007ApPhL..90b3902B. doi : 10.1063/1.2431454.
  25. ^ Бехкам, Бахарех; Ситти, Метин (2008). «Влияние количества и конфигурации прикрепленных бактерий на бактериальное движение микрошариков». Applied Physics Letters . 93 (22): 223901. Bibcode : 2008ApPhL..93v3901B. doi : 10.1063/1.3040318.
  26. ^ Mostagaci, Babak; Yasa, Oncay; Zhuang, Jiang; Sitti, Metin (2017). «Биоадгезивные бактериальные микроплавунцы для целенаправленной доставки лекарств в мочевыводящие пути и желудочно-кишечный тракт». Advanced Science . 4 (6). doi :10.1002/advs.201700058. PMC 5473323 . PMID  28638787. 
  27. ^ Шауэр, Оливер; Мостагачи, Бабак; Колин, Реми; Хюртген, Даниэль; Краус, Дэвид; Ситти, Метин; Сурджик, Виктор (2018). «Подвижность и хемотаксис управляемых бактериями микропловцов, созданных с использованием биотинового дисплея, опосредованного антигеном 43». Scientific Reports . 8 (1): 9801. Bibcode :2018NatSR...8.9801S. doi :10.1038/s41598-018-28102-9. PMC 6023875 . PMID  29955099. 
  28. ^ ab Singh, Ajay Vikram; Hosseinidoust, Zeinab; Park, Byung-Wook; Yasa, Oncay; Sitti, Metin (2017). «Мягкие микроплавающие аппараты на основе микроэмульсий, управляемые бактериями, для активной доставки грузов». ACS Nano . 11 (10): 9759–9769. doi :10.1021/acsnano.7b02082. PMID  28858477.
  29. ^ Стэнтон, Морган М.; Пак, Бён-Вук; Мигель-Лопес, Альберт; Ма, Син; Ситти, Метин; Санчес, Сэмюэль (2017). «Биогибридные микротрубочные пловцы, управляемые одиночными захваченными бактериями». Small . 13 (19). doi :10.1002/smll.201603679. hdl : 2445/123481 . PMID  28299891.
  30. ^ Стэнтон, Морган М.; Пак, Бён-Вук; Вилела, Диана; Бенте, Клаас; Фэйвр, Дэмиен; Ситти, Метин; Санчес, Самуэль (2017). «Биогибриды на основе магнитотаксических бактерий нацеливаются на биопленки E. Coli ». ACS Nano . 11 (10): 9968–9978. doi :10.1021/acsnano.7b04128. hdl : 2445/123493 . PMID  28933815.
  31. ^ abc Akolpoglu, Mukrime Birgul; Dogan, Nihal Olcay; Bozuyuk, Ugur; Ceylan, Hakan; Kizilel, Seda; Sitti, Metin (2020). "Высокопроизводительное производство биогибридных микроводорослей для доставки грузов по требованию". Advanced Science . 7 (16). doi :10.1002/advs.202001256. PMC 7435244 . PMID  32832367.  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  32. ^ Чжуан, Цзян; Пак, Бён-Вук; Ситти, Метин (2017). «Пропульсия и хемотаксис у микроплавунцов, управляемых бактериями». Advanced Science . 4 (9). doi :10.1002/advs.201700109. PMC 5604384 . PMID  28932674.  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  33. ^ Озин, GA; Маннерс, I.; Фурнье-Бидо, S.; Арсено, A. (2005). «Наномашины мечты». Advanced Materials . 17 (24): 3011–3018. Bibcode : 2005AdM....17.3011O. doi : 10.1002/adma.200501767. S2CID  55293424.
  34. ^ Исмагилов, Рустем Ф.; Шварц, Александр; Боуден, Нед; Уайтсайдс, Джордж М. (2002). «Автономное движение и самосборка». Angewandte Chemie International Edition . 41 (4): 652–654. doi : 10.1002/1521-3773(20020215)41:4<652::AID-ANIE652>3.0.CO;2-U .
  35. ^ Катури, Джайдип; Ма, Син; Стэнтон, Морган М.; Санчес, Сэмюэль (2017). «Проектирование микро- и наноплавунцов для конкретных применений». Accounts of Chemical Research . 50 (1): 2–11. doi :10.1021/acs.accounts.6b00386. PMC 5244436. PMID  27809479 . 
  36. ^ Vale, RD; Milligan, RA (2000). «The Way Things Move: Looking Under the Hood of Molecular Motor Proteins». Science . 288 (5463): 88–95. Bibcode :2000Sci...288...88V. doi :10.1126/science.288.5463.88. PMID  10753125.
  37. ^ Фогель, Пиа Д. (2005). «Природный дизайн наномоторов». Европейский журнал фармацевтики и биофармацевтики . 60 (2): 267–277. doi :10.1016/j.ejpb.2004.10.007. PMID  15939237.
  38. ^ Ди Леонардо, Р.; Ангелани, Л.; Делл'Арсипрет, Д.; Руокко, Г.; Иебба, В.; Шиппа, С.; Конте, член парламента; Мекарини, Ф.; Де Анджелис, Ф.; Ди Фабрицио, Э. (2010). «Бактериальные храповые моторы». Труды Национальной академии наук . 107 (21): 9541–9545. arXiv : 0910.2899 . Бибкод : 2010PNAS..107.9541D. дои : 10.1073/pnas.0910426107 . ПМК 2906854 . ПМИД  20457936. 
  39. ^ Чжан, Чжэньхай; Ли, Жифэй; Ю, Вэй; Ли, Кеджи; Се, Чжихун; Ши, Чжиго (2013). «Движение липосом с помощью бактериальных моторов». Нанотехнологии . 24 (18): 185103. Бибкод : 2013Nanot..24r5103Z. дои : 10.1088/0957-4484/24/18/185103. PMID  23579252. S2CID  40359976.
  40. ^ Стэнтон, Морган М.; Зиммхен, Джулиана; Ма, Син; Мигель-Лопес, Альберт; Санчес, Самуэль (2016). «Биогибридные двигатели Януса, приводимые в движение кишечной палочкой». Расширенные интерфейсы материалов . 3 (2). дои : 10.1002/admi.201500505. S2CID  138755512.
  41. ^ Suh, Seungbeum; Traore, Mahama A.; Behkam, Bahareh (2016). «Бактериальная автономная сортировка наночастиц сопоставимых размеров с помощью хемотаксиса». Lab on a Chip . 16 (7): 1254–1260. doi : 10.1039/C6LC00059B. hdl : 10919/77561 . PMID  26940033.
  42. ^ Дарнтон, Николас; Тернер, Линда; Брейер, Кеннет; Берг, Говард К. (2004). «Движущаяся жидкость с бактериальными коврами». Biophysical Journal . 86 (3): 1863–1870. Bibcode :2004BpJ....86.1863D. doi :10.1016/S0006-3495(04)74253-8. PMC 1304020 . PMID  14990512. 
  43. ^ Бехкам, Бахарех; Ситти, Метин (2006). «К гибридным плавающим микророботам: бактерии помогают движению полистирольных шариков». Международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2006 г. Том 2006 г. стр. 2421–2424. doi :10.1109/IEMBS.2006.259841. ISBN 1-4244-0032-5. PMID  17946113. S2CID  6409992.
  44. ^ Стигер, Эдвард; Ким, Чанг-Бом; Патель, Джигаркумар; Бит, Сочет; Наик, Чандан; Ребер, Линдси; Ким, Мин Джун (2007). «Управление микроизготовленными структурами, приводимыми в действие жгутиконосными бактериями с использованием фототаксиса». Applied Physics Letters . 90 (26): 263901. Bibcode : 2007ApPhL..90z3901S. doi : 10.1063/1.2752721.
  45. ^ Махмут Селман Сакар; Стегер, Эдвард Б.; Дал Хён Ким; Агунг Джулиус, А.; Ким, Минджун; Кумар, Виджай; Паппас, Джордж Дж. (2011). «Моделирование, управление и экспериментальная характеристика микробиороботов». Международный журнал исследований робототехники . 30 (6): 647–658. doi :10.1177/0278364910394227. S2CID  36806.
  46. ^ Пак, Сон Джун; Бэ, Хёни; Ким, Джунхвуй; Лим, Бёнджик; Пак, Чонго; Пак, Сухо (2010). «Повышение подвижности микроструктур, активируемых бактериями, с использованием селективной адгезии бактерий». Lab on a Chip . 10 (13): 1706–1711. doi :10.1039/c000463d. PMID  20422075.
  47. ^ Траоре, Махама А.; Сахари, Али; Бехкам, Бахарех (2011). «Вычислительное и экспериментальное исследование хемотаксиса ансамбля бактерий, прикрепленных к микрошарику». Physical Review E. 84 ( 6): 061908. Bibcode : 2011PhRvE..84f1908T. doi : 10.1103/PhysRevE.84.061908. hdl : 10919/24901 . PMID  22304117.
  48. ^ Ким, Хоён; Ким, Мин Джун (2016). «Управление электрическим полем микророботов, работающих на бактериях, с использованием алгоритма избегания статических препятствий». Труды IEEE по робототехнике . 32 : 125–137. doi :10.1109/TRO.2015.2504370. S2CID  15062290.
  49. ^ Сингх, Аджай Викрам; Ситти, Метин (2016). «Частицы, управляемые бактериями: узорчатое и специфическое прикрепление бактерий к биогибридным микроплавателям, управляемым бактериями (Adv. Healthcare Mater. 18/2016)». Advanced Healthcare Materials . 5 (18): 2306. doi : 10.1002/adhm.201670097 .
  50. ^ Lu, Z., и Martel, S. (2006). «Предварительное исследование бионосителей с использованием магнитотактических бактерий». В: Engineering in Medicine and Biology Society , 2006. EMBS'06. 28-я ежегодная международная конференция IEEE (Нью-Йорк, Нью-Йорк: IEEE), 3415–3418.
  51. ^ Faivre, Damien; Schüler, Dirk (2008). «Магнетотаксические бактерии и магнетосомы». Chemical Reviews . 108 (11): 4875–4898. doi :10.1021/cr078258w. PMID  18855486.
  52. ^ Мартель, Сильвен (2012). «Бактериальные микросистемы и микророботы». Биомедицинские микроустройства . 14 (6): 1033–1045. doi :10.1007/s10544-012-9696-x. PMID  22960952. S2CID  2894776.
  53. ^ Тахерхани, Самира; Мохаммади, Махмуд; Дауд, Джамал; Мартель, Сильвен; Табризиан, Марьям (2014). «Ковалентное связывание нанолипосом с поверхностью магнитотаксических бактерий для синтеза самодвижущихся терапевтических агентов». ACS Nano . 8 (5): 5049–5060. doi :10.1021/nn5011304. PMID  24684397.
  54. ^ Клумпп, Стефан; Лефевр, Кристофер; Ландау, Ливнат; Кодутти, Аньезе; Беннет, Матье; Фэйвр, Дэмиен (2017). «Магнито-аэротаксис: бактериальная подвижность в магнитных полях». Biophysical Journal . 112 (3): 567a. Bibcode :2017BpJ...112..567K. doi : 10.1016/j.bpj.2016.11.3052 .
  55. ^ ab Harris, Elizabeth H. (2001). "Chlamydomonasas Amodelorganism". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology . 52 : 363–406. doi :10.1146/annurev.arplant.52.1.363. PMID  11337403.
  56. ^ ab Weibel, DB; Garstecki, P.; Ryan, D.; Diluzio, WR; Mayer, M.; Seto, JE; Whitesides, GM (2005). «Микровоки: Микроорганизмы для перемещения микромасштабных грузов». Труды Национальной академии наук . 102 (34): 11963–11967. Bibcode : 2005PNAS..10211963W. doi : 10.1073/pnas.0505481102 . PMC 1189341. PMID  16103369 . 
  57. ^ Хопфнер, Урсула; Шенк, Тило-Людвиг; Чавес, Мира-Ноэми; Махенс, Ханс-Гюнтер; Боне, Александра-Виола; Никельсен, Йорг; Джунта, Риккардо-Энцо; Эганья, Хосе-Томас (2014). «Разработка фотосинтетических биоматериалов для тканевой инженерии in vitro». Акта Биоматериалы . 10 (6): 2712–2717. doi : 10.1016/j.actbio.2013.12.055. ПМИД  24406198.
  58. ^ Сентено-Сердас, Каролина; Харкин-Кордеро, Монтсеррат; Чавес, Майра Ноэми; Хопфнер, Урсула; Холмс, Кристофер; Шмаусс, Даниэль; Махенс, Ханс-Гюнтер; Никельсен, Йорг; Эганья, Хосе Томас (2018). «Разработка фотосинтетических швов для локальной доставки кислорода и рекомбинантных факторов роста в раны». Acta Biomaterialia . 81 : 184–194. doi :10.1016/j.actbio.2018.09.060. PMID  30287280. S2CID  52922420.
  59. ^ Шенк, Тило Людвиг; Хопфнер, Урсула; Чавес, Майра Ноэми; Махенс, Ханс-Гюнтер; Сомлай-Швайгер, Ян; Джунта, Риккардо Энцо; Боне, Александра Виола; Никельсен, Йорг; Альенде, Мигель Л.; Эганья, Хосе Томас (2015). «Фотосинтетические биоматериалы: путь к автотрофной тканевой инженерии». Акта Биоматериалы . 15 : 39–47. doi : 10.1016/j.actbio.2014.12.012. ПМИД  25536030.
  60. ^ Нг, Вэй Мин; Че, Хуэй Синь; Го, Чен; Лю, Чуньчжао; Лоу, Сью Чун; Чи Чан, Дерек Джуинн; Мохамуд, Рохима; Лим, Джиткан (2018). «Искусственный магнитотаксис микробота: магнитофорез против самостоятельного плавания». Ленгмюр . 34 (27): 7971–7980. doi : 10.1021/acs.langmuir.8b01210. PMID  29882671. S2CID  46953567.
  61. ^ abcdefghijk Lomora, Mihai; Larrañaga, Aitor; Rodriguez-Emmenegger, Cesar; Rodriguez, Brian; Dinu, Ionel Adrian; Sarasua, Jose-Ramon; Pandit, Abhay (2021). «Спроектированный гибрид на основе кокколита, который преобразует свет в роевое движение». Cell Reports Physical Science . 2 (3): 100373. Bibcode :2021CRPS....200373L. doi :10.1016/j.xcrp.2021.100373. hdl : 10810/52638 . S2CID  233687429. Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  62. ^ Herpich, Tim; Thingna, Juzar; Esposito, Massimiliano (2018). «Коллективная сила: минимальная модель для термодинамики неравновесных фазовых переходов». Physical Review X. 8 ( 3): 031056. arXiv : 1802.00461 . Bibcode : 2018PhRvX...8c1056H. doi : 10.1103/PhysRevX.8.031056. S2CID  89610765.
  63. ^ Абендрот, Джон М.; Бушуев, Александр С.; Вайс, Пол С.; Барретт, Кристофер Дж. (2015). «Управление движением в наномасштабе: расцвет молекулярных машин». ACS Nano . 9 (8): 7746–7768. doi : 10.1021/acsnano.5b03367 . PMID  26172380.
  64. ^ Ван, Вэй; Дуань, Вентао; Ахмед, Сюзанна; Маллук, Томас Э.; Сен, Аюсман (2013). «Малая мощность: автономные нано- и микродвигатели, приводимые в движение самогенерируемыми градиентами». Nano Today . 8 (5): 531–554. doi :10.1016/j.nantod.2013.08.009.
  65. ^ Чжан, Цзяньхуа; Го, Цзинцзин; Моу, Фанчжи; Гуань, Цзяньго (2018). «Управляемое светом роение и сборка коллоидных частиц». Микромашины . 9 (2): 88. doi : 10.3390/mi9020088 . PMC 6187466. PMID  30393364 . 
  66. ^ Ди Леонардо, Роберто (2016). «Управляемые коллективные движения». Nature Materials . 15 (10): 1057–1058. doi :10.1038/nmat4761. PMID  27658450.
  67. ^ Ян, Гуан-Чжун; Беллингхэм, Джим; Дюпон, Пьер Э.; Фишер, Пир; Флориди, Лучано; Фулл, Роберт; Якобштейн, Нил; Кумар, Виджай; МакНатт, Марсия; Меррифилд, Роберт; Нельсон, Брэдли Дж.; Скасселлати, Брайан; Таддео, Мариаросария; Тейлор, Рассел; Велозо, Мануэла; Ван, Чжун Линь; Вуд, Роберт (2018). «Великие проблемы научной робототехники». Science Robotics . 3 (14): eaar7650. doi : 10.1126/scirobotics.aar7650 . PMID  33141701. S2CID  3800579.
  68. ^ Ван, Вэй; Дуань, Вентао; Ахмед, Сюзанна; Сен, Аюсман; Маллук, Томас Э. (2015). «От одного ко многим: динамическая сборка и коллективное поведение самоходных коллоидных двигателей». Accounts of Chemical Research . 48 (7): 1938–1946. doi :10.1021/acs.accounts.5b00025. PMID  26057233.
  69. ^ Nelson PC (2003) «Жизнь в медленном темпе: мир с низким числом Рейнольдса», в: Biological Physics: Energy, Information, Life, автор WH Freeman, страницы 158–194.
  70. ^ Karunadasa KSP, CH Manoratne, HMTGA Pitawala и RMG Rajapakse (2019) «Термическое разложение карбоната кальция (полиморфа кальцита), исследованное с помощью высокотемпературной рентгеновской порошковой дифракции in-situ», J. Phys. Chem. Solids , 134 : 21–28.
  71. ^ Чжай, Пэн-Ван; Ху, Юнсян; Трепте, Чарльз Р.; Уинкер, Дэвид М.; Джоссет, Дэмиен Б.; Лакер, Патрисия Л.; Каттавар, Джордж У. (2013). «Врожденные оптические свойства кокколитофориды: Emiliania huxleyi». Optics Express . 21 (15): 17625–17638. Bibcode : 2013OExpr..2117625Z. doi : 10.1364/OE.21.017625 . hdl : 11603/24962 . PMID  23938635.
  72. ^ Болтон, Клара Т.; Эрнандес-Санчес, Мария Т.; Фуэртес, Мигель-Анхель; Гонсалес-Лемос, Сауль; Абревая, Лорена; Мендес-Висенте, Ана; Флорес, Хосе-Абель; Проберт, Ян; Гиосан, Ливиу; Джонсон, Джоэл; Столл, Хизер М. (2016). «Уменьшение кальцификации кокколитофоров и CO2 со среднего миоцена». Природные коммуникации . 7 : 10284. Бибкод : 2016NatCo...710284B. doi : 10.1038/ncomms10284. ПМЦ 4735581 . ПМИД  26762469. 
  73. ^ Мелдрам, Фиона К.; Кёльфен, Хельмут (2008). «Управление морфологией и структурами минералов в биологических и синтетических системах». Chemical Reviews . 108 (11): 4332–4432. doi :10.1021/cr8002856. PMID  19006397.
  74. ^ Скеффингтон, Аластер В.; Шеффель, Андре (2018). «Использование минерализации водорослей для нанотехнологий: вывод кокколитов на передний план». Current Opinion in Biotechnology . 49 : 57–63. doi : 10.1016/j.copbio.2017.07.013 . PMID  28822276.
  75. ^ Ломора, Михай; Шумате, Дэвид; Рахман, Асризал Абдул; Пандит, Абхай (2019). «Терапевтическое применение фитопланктона с упором на диатомовые водоросли и кокколитофориды». Advanced Therapeutics . 2 (2). doi :10.1002/adtp.201800099. S2CID  139596031.
  76. ^ Якоб, Иоанна; Хайропулу, Макрина Артемис; Вучак, Мариджан; Постен, Клеменс; Тейпель, Ульрих (2017). «Биогенные частицы кальцита из микроводорослей-кокколитов как потенциальное сырье». Инженерия в науках о жизни . 17 (6): 605–612. Bibcode : 2017EngLS..17..605J. doi : 10.1002/elsc.201600183. PMC 5484330. PMID  28701909 . 
  77. ^ Ким, Сан Хун; Нам, Онью; Джин, Эонсон; Гу, Ман Бок (2019). «Новый биосенсор на основе модифицированного кокколита с электродом, использующий родственную пару аптамеров со связыванием типа сэндвич». Биосенсоры и биоэлектроника . 123 : 160–166. doi : 10.1016/j.bios.2018.08.021. PMID  30139622. S2CID  206176301.
  78. ^ Ли, Х.; Деллаторе, С.М.; Миллер, В.М.; Мессерсмит, П.Б. (2007). «Поверхностная химия, вдохновленная мидиями, для многофункциональных покрытий». Science . 318 (5849): 426–430. Bibcode :2007Sci...318..426L. doi :10.1126/science.1147241. PMC 2601629 . PMID  17947576. 
  79. ^ Рю, Джи Хён; Мессерсмит, Филлип Б.; Ли, Хэшин (2018). «Поверхностная химия полидопамина: десятилетие открытий». ACS Applied Materials & Interfaces . 10 (9): 7523–7540. doi :10.1021/acsami.7b19865. PMC 6320233. PMID  29465221 . 
  80. ^ Шанце, Кирк С.; Ли, Хэшин; Мессерсмит, Филлип Б. (2018). «Десять лет полидофамина: текущий статус и будущие направления». ACS Applied Materials & Interfaces . 10 (9): 7521–7522. doi : 10.1021/acsami.8b02929 . PMID  29510631.
  81. ^ Лю, Яньлань; Ай, Кэлонг; Лу, Лехуэй (2014). «Полидофамин и его производные материалы: синтез и перспективные применения в энергетике, охране окружающей среды и биомедицинских областях». Chemical Reviews . 114 (9): 5057–5115. doi :10.1021/cr400407a. PMID  24517847.
  82. ^ Сан, Юньюй; Лю, Е; Чжан, Дунмэй; Чжан, Хуэй; Цзян, Цзивэй; Дуань, Руомэн; Сяо, Цзе; Син, Цзинцзин; Чжан, Дафэн; Дун, Бин (2019). «Каллиграфия/живопись на основе биоинспирированного микромотора с приводом от света и зависящим от концентрации изменением направления движения и динамическим поведением роения». ACS Applied Materials & Interfaces . 11 (43): 40533–40542. doi :10.1021/acsami.9b14402. PMID  31577118. S2CID  203638540.
  83. ^ abcde Buss, Nicole; Yasa, Oncay; Alapan, Yunus; Akolpoglu, Mukrime Birgul; Sitti, Metin (2020). «Биогибридные микропловцы, функционализированные наноэритросомами». APL Bioengineering . 4 (2): 026103. doi :10.1063/1.5130670. PMC 7141839 . PMID  32548539.  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  84. ^ Делазуа, Иоахим; Шиль, Филипп; Войнович, Сандра; Никодинович-Рунич, Ясмина; Зоби, Фабио (25 мая 2020 г.). «Фотоактивируемые поверхностно-функционализированные диатомовые микроводоросли для направленной доставки при колоректальном раке и повышения цитотоксичности противораковых комплексов». Фармацевтика . 12 (5). MDPI AG: 480. doi : 10.3390/pharmaceutics12050480 . ISSN  1999-4923. PMC 7285135. PMID 32466116  .  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  85. ^ Трамонтано, Кьяра; Кьянезе, Джованна; Терраччано, Моника; де Стефано, Лука; Ри, Илария (28 сентября 2020 г.). «Наноструктурированный биокремнезем диатомовых водорослей: от водного мира к биомедицинскому применению». Прикладные науки . 10 (19). MDPI AG: 6811. doi : 10.3390/app10196811 . ISSN  2076-3417. Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  86. ^ Хоссейнидуст, Зейнаб; Мостагачи, Бабак; Яса, Ончай; Пак, Бьюнг-Вук; Сингх, Аджай Викрам; Ситти, Метин (2016). «Биоинженерные и биогибридные системы на основе бактерий для доставки лекарств». Advanced Drug Delivery Reviews . 106 (Pt A): 27–44. doi :10.1016/j.addr.2016.09.007. PMID  27641944.
  87. ^ Шварц, Лукас; Медина-Санчес, Мариана; Шмидт, Оливер Г. (2017). «Гибридные биомикромоторы». Applied Physics Reviews . 4 (3): 031301. Bibcode : 2017ApPRv...4c1301S. doi : 10.1063/1.4993441 .
  88. ^ Бастос-Аррьета, Хулио; Ревилла-Гуаринос, Эноа; Успал, Уильям Э.; Зиммхен, Джулиана (2018). «Бактериальные биогибридные микропловцы». Границы робототехники и искусственного интеллекта . 5 : 97. дои : 10.3389/frobt.2018.00097 . ПМЦ 7805739 . ПМИД  33500976. 
  89. ^ Weibel, DB; Garstecki, P.; Ryan, D.; Diluzio, WR; Mayer, M.; Seto, JE; Whitesides, GM (2005). «Микровоки: Микроорганизмы для перемещения микромасштабных грузов». Труды Национальной академии наук . 102 (34): 11963–11967. Bibcode : 2005PNAS..10211963W. doi : 10.1073/pnas.0505481102 . PMC 1189341. PMID  16103369 . 
  90. ^ Сюй, Хайфэн; Медина-Санчес, Мариана; Магданц, Вероника; Шварц, Лукас; Хебенстрайт, Франциска; Шмидт, Оливер Г. (2018). «Гибридный микромотор спермы для целенаправленной доставки лекарств». ACS Nano . 12 (1): 327–337. arXiv : 1703.08510 . doi : 10.1021/acsnano.7b06398 . PMID  29202221.
  91. ^ Чен, Чуанруй; Чанг, Сяокун; Ангсантикул, Павимол; Ли, Цзиньсин; Эстебан-Фернандес де Авила, Берта; Каршалев, Эмиль; Лю, Вэньцзюань; Моу, Фанчжи; Он, Ша; Кастильо, Роксана; Лян, Юянь; Гуань, Цзяньго; Чжан, Лянфан; Ван, Джозеф (2018). «Хемотаксическое управление синтетическими органическими/неорганическими полезными нагрузками, функционализированными микромоторами спермы». Продвинутые биосистемы . 2 . дои : 10.1002/adbi.201700160 . S2CID  103392074.
  92. ^ ab Alapan, Yunus; Yasa, Oncay; Yigit, Berk; Yasa, I. Ceren; Erkoc, Pelin; Sitti, Metin (2019). «Микророботоки и микроорганизмы: биогибридные автономные клеточные роботы». Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems . 2 : 205–230. doi :10.1146/annurev-control-053018-023803. S2CID  139819519.
  93. ^ ab Alapan, Yunus; Yasa, Oncay; Schauer, Oliver; Giltinan, Joshua; Tabak, Ahmet F.; Sourjik, Victor; Sitti, Metin (2018). "Мягкие бактериальные микропловцы на основе эритроцитов для доставки грузов". Science Robotics . 3 (17). doi : 10.1126/scirobotics.aar4423 . PMID  33141741. S2CID  14003685.
  94. ^ Чжуан, Цзян; Ситти, Метин (2016). «Хемотаксис биогибридных множественных бактериально-управляемых микропловцов». Scientific Reports . 6 : 32135. Bibcode : 2016NatSR...632135Z. doi : 10.1038/srep32135. PMC 4995368. PMID  27555465 . 
  95. ^ Чжуан, Цзян; Райт Карлсен, Рика; Ситти, Метин (2015). «PH-таксис биогибридных микросистем». Scientific Reports . 5 : 11403. Bibcode : 2015NatSR...511403Z. doi : 10.1038/srep11403. PMC 4466791. PMID  26073316 . 
  96. ^ Форбс, Нил С. (2010). «Разработка идеальной (бактериальной) терапии рака». Nature Reviews Cancer . 10 (11): 785–794. doi :10.1038/nrc2934. PMC 3756932. PMID  20944664 . 
  97. ^ Стэнтон, Морган М.; Санчес, Сэмюэль (2017). «Продвижение бактериальных биогибридов для применения in vivo». Тенденции в биотехнологии . 35 (10): 910–913. doi :10.1016/j.tibtech.2017.04.008. hdl : 2445/123484 . PMID  28501457.
  98. ^ Бурдо, Рэймонд В.; Ли-Госселин, Одри; Лакшманан, Анупама; Фархади, Араш; Кумар, Шриприя Равиндра; Нети, Сучита П.; Шапиро, Михаил Г. (2018). «Акустические репортерные гены для неинвазивной визуализации микроорганизмов у млекопитающих». Nature . 553 (7686): 86–90. Bibcode :2018Natur.553...86B. doi :10.1038/nature25021. PMC 5920530 . PMID  29300010. 
  99. ^ Канн, С.Х., Ван Неттен, Дж.П. и Ван Неттен, К. (2003) «Доктор Уильям Коли и регрессия опухоли: место в истории или в будущем», Postgraduate Medical Journal , 79 (938): 672-680.
  100. ^ Фелгнер, Себастьян; Павар, Винай; Кочиянчич, Дино; Эрхардт, Марк; Вайс, Зигфрид (2017). «Терапия рака на основе бактерий, нацеленная на опухоль, для повышения специфичности и улучшения результатов». Микробная биотехнология . 10 (5): 1074–1078. doi :10.1111/1751-7915.12787. PMC 5609243. PMID  28771926 . 
  101. ^ Моралес, А.; Эйдингер, Д.; Брюс, AW (1976). «Внутриполостная бацилла Кальметта-Герена в лечении поверхностных опухолей мочевого пузыря». Журнал урологии . 116 (2): 180–182. doi :10.1016/S0022-5347(17)58737-6. PMID  820877.
  102. ^ Патерсон, Ивонн; Гирнальда, Патрик Д.; Вуд, Лоренс М. (2010). «Листерийные и сальмонеллы бактериальные векторы опухолеассоциированных антигенов для иммунотерапии рака». Семинары по иммунологии . 22 (3): 183–189. doi : 10.1016 /j.smim.2010.02.002. PMC 4411241. PMID  20299242. 
  103. ^ Фелгнер, Себастьян; Кочиянчич, Дино; Фрам, Михаэль; Вайс, Зигфрид (2016). «Бактерии в терапии рака: Возрождение старой концепции». Международный журнал микробиологии . 2016 : 1–14. doi : 10.1155/2016/8451728 . PMC 4802035. PMID  27051423 . 
  104. ^ Kocijancic, Dino; Felgner, Sebastian; Schauer, Tim; Frahm, Michael; Heise, Ulrike; Zimmermann, Kurt; Erhardt, Marc; Weiss, Siegfried (2017). «Местное применение бактерий повышает безопасность терапии опухолей, опосредованной сальмонеллой, и сохраняет преимущества системной инфекции». Oncotarget . 8 (30): 49988–50001. doi :10.18632/oncotarget.18392. PMC 5564822 . PMID  28637010. 
  105. ^ Максмен, Эми (2017). «Живая терапия: ученые генетически модифицируют бактерии для доставки лекарств». Nature Medicine . 23 (1): 5–7. doi :10.1038/nm0117-5. PMID  28060795. S2CID  3989795.
  106. ^ Пьериже, Ф.; Серафини, С.; Росси, Л.; Маньяни, М. (2008). «Доставка лекарств на основе клеток». Advanced Drug Delivery Reviews . 60 (2): 286–295. doi :10.1016/j.addr.2007.08.029. PMID  17997501.
  107. ^ Чжан, Хайцзюнь (2016). «Эритроциты в наномедицине: оптимальное сочетание природных и синтетических материалов». Biomater. Sci . 4 (7): 1024–1031. doi :10.1039/C6BM00072J. PMID  27090487.
  108. ^ Вилла, Карлос Х.; Ансельмо, Аарон К.; Митраготри, Самир; Музыкантов, Владимир (2016). «Красные кровяные клетки: суперносители для лекарств, биологических препаратов и наночастиц и вдохновение для передовых систем доставки». Advanced Drug Delivery Reviews . 106 (Pt A): 88–103. doi :10.1016/j.addr.2016.02.007. PMC 5424548. PMID  26941164 . 
  109. ^ Гвидо, Клара; Майорано, Габриэле; Гутьеррес-Миллан, Кармен; Кортезе, Барбара; Трапани, Адриана; д'Амон, Стефания; Джильи, Джузеппе; Палама, Илария Елена (2021). «Эритроциты и наночастицы: новые терапевтические системы». Прикладные науки . 11 (5): 2173. doi : 10.3390/app11052173 .
  110. ^ Ху, Че-Мин Дж.; Фанг, Ронни Х.; Чжан, Лянфан (2012). «Системы доставки на основе эритроцитов». Advanced Healthcare Materials . 1 (5): 537–547. doi :10.1002/adhm.201200138. PMID  23184788. S2CID  205229117.
  111. ^ Ким, Сан-Хи; Ким, Ын-Джунг; Хоу, Джун-Хюк; Ким, Чон-Могг; Чой, Хан-Гон; Шим, Чан-Ку; О, Ю-Кён (2009). «Опсонизированные призраки эритроцитов для направленной доставки антисмысловых олигодезоксинуклеотидов в печень». Биоматериалы . 30 (5): 959–967. doi :10.1016/j.biomaterials.2008.10.031. PMID  19027156.
  112. ^ Ху, Че-Мин Дж.; Фанг, Ронни Х.; Лук, Брайан Т.; Чен, Кевин Н. Х.; Карпентер, Коди; Гао, Вэйвэй; Чжан, Кан; Чжан, Лянфан (2013). «Функционализация наночастиц с помощью маркера собственного состояния посредством нисходящего подхода к покрытию клеточной мембраной». Nanoscale . 5 (7): 2664–2668. Bibcode :2013Nanos...5.2664H. doi :10.1039/c3nr00015j. PMC 3667603 . PMID  23462967. 
  113. ^ Ху, Че-Мин Дж.; Фанг, Ронни Х.; Копп, Джонатан; Лук, Брайан Т.; Чжан, Лянфан (2013). «Биомиметическая наногубка, поглощающая порообразующие токсины». Nature Nanotechnology . 8 (5): 336–340. Bibcode :2013NatNa...8..336H. doi :10.1038/nnano.2013.54. PMC 3648601 . PMID  23584215. 
  114. ^ Агнихотри, Джая; Джейн, Нарендра Кумар (2013). «Биоразлагаемый длительно циркулирующий клеточный носитель для противомалярийного препарата пириметамина». Искусственные клетки, наномедицина и биотехнология . 41 (5): 309–314. doi : 10.3109/21691401.2012.743901 . PMID  23305602. S2CID  22401350.
  115. ^ ab Gupta, Nilesh; Patel, Brijeshkumar; Ahsan, Fakhrul (2014). «Наноинженерные призраки эритроцитов как ингаляционные носители для доставки фасудила: приготовление и характеристика». Pharmaceutical Research . 31 (6): 1553–1565. doi :10.1007/s11095-013-1261-7. PMC 5322565. PMID  24449438 . 
  116. ^ Wibroe, Peter Popp; Anselmo, Aaron C.; Nilsson, Per H.; Sarode, Apoorva; Gupta, Vivek; Urbanics, Rudolf; Szebeni, Janos; Hunter, Alan Christy; Mitragotri, Samir; Mollnes, Tom Eirik; Moghimi, Seyed Moein (2017). «Обход неблагоприятных реакций на инъекции наночастиц путем изменения формы и прикрепления к эритроцитам». Nature Nanotechnology . 12 (6): 589–594. Bibcode : 2017NatNa..12..589W. doi : 10.1038/nnano.2017.47. hdl : 10037/13642 . PMID  28396605.
  117. ^ Бреннер, Джейкоб С.; Пан, Дэниел С.; Майерсон, Джейкоб В.; Маркос-Контрерас, Оскар А.; Вилла, Карлос Х.; Патель, Приял; Хекьерски, Хью; Чаттерджи, Шампа; Тао, Цзянь-Цинь; Пархиз, Хамидех; Бхамидипати, Картик; Улер, Томас Г.; Худ, Элизабет Д.; Киселева, Раиса Ю.; Шуваев, Владимир С.; Шуваева, Теа; Хошнежад, Макан; Джонстон, Ян; Грегори, Джейсон В.; Лаханн, Йорг; Ван, Тао; Канту, Эдвард; Армстед, Уильям М.; Митраготри, Самир; Музыкантов, Владимир (2018). «Автостоп с использованием эритроцитов увеличивает доставку наноносителей в выбранные органы на порядки величин». Nature Communications . 9 (1): 2684. Bibcode : 2018NatCo...9.2684B. doi : 10.1038/s41467-018-05079-7. PMC 6041332. PMID  29992966 .