Микрофагоциты искусственные иммунные клетки

Захват микроорганизмов натуральными фагоцитами длится немного - порядка нескольких минут; зато полный цикл переваривания и экскреции может длиться часами. В то время как макрофаги могут захватить и переварить около ~25% их объема в час [10], механические микрофагоциты могут обработать ~2000% своего объема в час. Это значит, что механические фагоциты эффективнее обычных в ~80 раз. Другими словами, аналогичный объем нанороботов может переварить патогенные бактерии в 80 раз быстрее натуральных фагоцитов.

Жизненный цикл многих естественных фагоцитов (например, нейтрофилов), колеблется от нескольких часов в крови, или нескольких дней в тканях. В одном эксперименте [11], 1-100 патогенов S. aureus или S. faecalis bacteria были помещены к отдельному нейтрофилу, который уничтожил большую их часть при такой высокой концентрации. При повышении концентрации патогенов (100:1), нейтрофилы могли уничтожить около 9 S. aureus bacteria за цикл фагоцитоза; в то время как нейтрофилы при хроническом заболевании грануломатозе, могут уничтожить около 14 S. faecalis bacteria за цикл фагоцитоза. Для сравнения, один механический микрофагоцит может уничтожить до ~3000 микроорганизмов P. aeruginosa bacteria в день, при этом жизненный цикл механических устройств практически не ограничен.

В более детальном описании микрофагоцитов [4] представлена простая математическая модель фармакокинетических свойств определенной дозы устройств, инъектированных в человеческую кровеносную систему. Результаты математической модели были следующими: при терапевтической дозе наноустройств в 1-теработ (1012-устройств) можно устранить легкую бактеремию (0.1 x 106 патогенных единиц (ПЕ) на 1 мл) от 5.4 x 108 ПЕ в кровеносной системе человека, до <1 ПЕ за 460-5400 секунд (8-90 мин), если, при этом, необходимо 1-10 столкновений бактерии с микрофагоцитом для достижения "прилипания" патогена к поверхности наноробота.

Средняя бактеремия (100 x 106 ПЕ/мл) будет устранена за 620-7300 сек (10-120 мин). При этом необходимо заметить, что 1-теработ внутривенная доза ( ~ 12 см3 инъекция) микрофагоцитов, составит концентрацию наноустройств в крови взрослого человека (нанокрит) Nнанокрит ~ 0.2%, выделяя тепловой энергии около 100-200 Вт, что составляет максимальную терапевтическую дозу по теплогенному действию на организм для медицинских наноустройств [1].

В то время как микрофагоциты могут полностью устранить сепсис за минуты или часы, естественные защиты организма (даже подкрепленные антибиотиками), могут достичь того же результата за недели или даже месяцы. Поэтому иммунитет, построенный на микрофагоцитах, будет в ~1000 более быстродействующим, чем естественные защиты.

Еще одно полезное сравнение: многие антибактериальные агенты (например, против E. coli) могут повысить LD50 этого патогена ~500-раз, используя антибиотики [12] или ~850-раз, используя антитела [13]. Например, LD50 млекопитающих для E. coli составляет ~0.1-1 x 106 ПЕ/мл, а в присутствии антибиотиков это число возрастает до ~108 ПЕ/мл. Используя 1-теработ терапевтическую дозу микрофагоцитов, даже такая высокая концентрация бактерий в кровеносной системе, как ~1011 ПЕ/мл (~20% крови при этом будет заражено микроорганизмами объемом ~2 мкм3), может контролироваться микрофагоцитами, что дает суммарную эффективность в ~1000 раз, перед естественными фагоцитами. И эта эффективность будет достигнута с помощью наномедицины.

С минимальными дополнениями к конструкции, микрофагоцит может быть использован для лечения боевой токсемии - распространения в человеческом теле патогенов, вырабатываемых бактериями. Например, у подопытных обезьян наблюдался септический шок с использованием бактерии E. coli с концентрацией 425 x 106 ПЕ/мл. При этом концентрация патогенного бактериального липополисахарида (ЛПС) в их крови выросла от 0.076 нанограмм/мл (нормальное количество) до максимальной концентрации 1.130 нг/мл [14]. При проведении другого исследования, уровень эндотоксина, в течение бактериальной инфекции, вырос от 0.2 до 2 нг/мл в крови подопытной свиньи [15]. Для устранения ~2 нг/мл ЛПС эндотоксина из крови [16], необходимо изолирование и энзимная переработка ~8 x 1014 ЛПС молекул из кровяного объема в ~5400 см3, или около ~800 ЛПС молекул на 1 наноустройство, предполагая терапевтическую дозу в 1 теработ модифицированных нанофагоцитов