Применение нанороботов в биомедицинских науках (обзор литературы)

Наномедицина – это научная область, возникшая в результате объединения нанотехнологий и медицины, использующая высокую точность и широкие возможности адаптации функциональных наноразмерных устройств, называемых нанороботами или наноботами. Нанороботы становятся ключевыми элементами в новых медицинских приложениях и в сочетании с быстро развивающимися технологиями искусственного интеллекта (ИИ) могут значительно улучшить результаты лечения и диагностики в контексте точной медицины. Наноробототехника как подобласть наномедицины включает в себя разработку, создание и внедрение автономных или полуавтономных наноразмерных устройств, способных выполнять конкретные медицинские задачи на молекулярном или клеточном уровне. Интеграция искусственного интеллекта ещё больше расширяет возможности нанороботов, позволяя им адаптироваться к динамичной биологической среде, учиться на основе взаимодействия и оптимизировать стратегии лечения. Их точность и способность действовать на клеточном или субклеточном уровне особенно выгодны для борьбы с болезнями в их источнике, такими как рак или генетические нарушения, не причиняя вреда окружающим здоровым тканям. В этой небольшой обзорной статье рассматриваются наиболее традиционные методы лечения и диагностики на основе нанороботов, которые были широко изучены на сегодняшний день. Кроме того, мы акцентируем внимание на проблемах, с которыми сталкивается данная технология при клиническом применении, подробно рассматривая вопросы оценки безопасности, разнообразных биологических эффектов и нормативных ограничений. Наконец, мы представляем наш взгляд на будущие направления развития наномедицины.

Участие авторов:
Николопулу Д.И. – написание текста, концепция и план исследования, редактирование;
Карампатзакис Т. – написание текста, концепция и план исследования, редактирование;
Куретас Д. – написание текста, редактирование;
Федоров Д.С. – написание текста, редактирование;
Цинтаракис А. – написание текста, редактирование;
Киритрас Е. – редактирование;
Тагизадехгалехджоуи А. – редактирование;
Ракитский Н.В. – редактирование.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила: 15.04.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 20.10.2025

1. Anzar N., Yadav N., Narang J. Chapter 21. Nanorobots for improved theranostic applications. In: Advanced Nanoformulations. Elsevier; 2023: 587–611. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85785-7.00002-4

2. Aggarwal M., Kumar S. The use of nanorobotics in the treatment therapy of cancer and its future aspects: a review. Cureus. 2022; 14(9): e29366. https://doi.org/10.7759/cureus.29366

3. Kumar S. Nanorobots a future device for diagnosis and treatment. J. Pharm. Pharm. 2018; 5(1): 44–9. https://doi.org/10.15436/2377-1313.18.1815

4. Zhang Y., Zhang Y., Han Y., Gong X. Micro/nanorobots for medical diagnosis and disease treatment. Micromachines (Basel). 2022; 13(5): 648. https://doi.org/10.3390/mi13050648

5. Patra J.K., Das G., Fraceto L.F., Campos E.V.R., Rodriguez-Torres M.D.P., Acosta-Torres L.S., et al. Nano based drug delivery systems: recent developments and future prospects. J. Nanobiotechnology. 2018; 16(1): 71. https://doi.org/10.1186/s12951-018-0392-8

6. Suhail M., Khan A., Rahim M.A., Naeem A., Fahad M., Badshah S.F., et al. Micro and nanorobot-based drug delivery: an overview. J. Drug Target. 2022; 30(4): 349–58. https://doi.org/10.1080/1061186X.2021.1999962

7. Jiménez-Jiménez C., Moreno V.M., Vallet-Regí M. Bacteria-assisted transport of nanomaterials to improve drug delivery in cancer therapy. Nanomaterials (Basel). 2022; 12(2): 288. https://doi.org/10.3390/nano12020288

8. Esteban-Fernández de Ávila B., Angsantikul P., Ramírez-Herrera D.E., Soto F., Teymourian H., Dehaini D., et al. Hybrid biomembrane-functionalized nanorobots for concurrent removal of pathogenic bacteria and toxins. Sci. Robot. 2018; 3(18): eaat0485. https://doi.org/10.1126/scirobotics.aat0485

9. Agrahari V., Agrahari V., Chou M.L., Chew C.H., Noll J., Burnouf T. Intelligent micro-/nanorobots as drug and cell carrier devices for biomedical therapeutic advancement: Promising development opportunities and translational challenges. Biomaterials. 2020; 260: 120163. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120163

10. Chen B., Tan H., Ding M., Liu L., Wang S., Peng X., et al. Nanorobot-mediated synchronized neuron activation. ACS Nano. 2023; 17(14): 13826–39. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03575

11. Perán M., García M.A., Lopez-Ruiz E., Jiménez G., Marchal J.A. How can nanotechnology help to repair the body? Advances in cardiac, skin, bone, cartilage and nerve tissue regeneration. Materials (Basel). 2013; 6(4): 1333–59. https://doi.org/10.3390/ma6041333

12. Smith I.O., Liu X.H., Smith L.A., Ma P.X. Nanostructured polymer scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2009; 1(2): 226–36. https://doi.org/10.1002/wnan.26

13. Mitra M. Medical nanobot for cell and tissue repair. Int. J. Robot. Autom. 2017; 2(6). https://doi.org/10.15406/iratj.2017.02.00038

14. Rani S., Lakhwani K., Kumar S. Three dimensional objects recognition & pattern recognition technique; related challenges: A review. Multimed. Tools Appl. 2022; 81: 17303–46. https://doi.org/10.1007/s11042-022-12412-2

15. Johnson K.B., Wei W.Q., Weeraratne D., Frisse M.E., Misulis K., Rhee K., et al. Precision medicine, AI, and the future of personalized health care. Clin. Transl. Sci. 2021; 14(1): 86–93. https://doi.org/10.1111/cts.12884

16. Lee D., Yoon S.N. Application of artificial intelligence-based technologies in the healthcare industry: opportunities and challenges. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021; 18(1): 271. https://doi.org/10.3390/ijerph18010271

17. Fukuma R., Yanagisawa T., Nishimoto S., Sugano H., Tamura K., Yamamoto S., et al. Voluntary control of semantic neural representations by imagery with conflicting visual stimulation. Commun. Biol. 2022; 5: 214. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03137-x

18. Fukuma R., Yanagisawa T., Nishimoto S., Sugano H., Tamura K., Yamamoto S., et al. Voluntary control of semantic neural representations by imagery with conflicting visual stimulation. Commun. Biol. 2022; 5(1): 214. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03137-x

19. Dicianno B.E., Parmanto B., Fairman A.D., Crytzer T.M., Yu D.X., Pramana G., et al. Perspectives on the evolution of mobile (mHealth) technologies and application to rehabilitation. Phys. Ther. 2015; 95(3): 397–405. https://doi.org/10.2522/ptj.20130534

20. Coghlan S., Leins K. “Living robots”: ethical questions about xenobots. Am. J. Bioeth. 2020; 20(5): W1–3. https://doi.org/10.1080/15265161.2020.1746102

21. Arvidsson R., Hansen S.F. Environmental and health risks of nanorobots: an early review. Environ. Sci. Nano. 2020; 7(10): 2875–86. https://doi.org/10.1039/D0EN00570C

22. Ray P.C., Yu H., Fu P.P. Toxicity and environmental risks of nanomaterials: challenges and future needs. J. Environ. Sci. Health C Environ. Carcinog. Ecotoxicol. Rev. 2009; 27(1): 1–35. https://doi.org/10.1080/10590500802708267

23. Saptarshi S.R., Duschl A., Lopata A.L. Interaction of nanoparticles with proteins: relation to bio-reactivity of the nanoparticle. J. Nanobiotechnology. 2013; 11: 26. https://doi.org/10.1186/1477-3155-11-26

24. Yadav R.D., Chaudhary A. Nano-bio surface interactions, cellular internalisation in cancer cells and e-data portals of nanomaterials: A review. IET Nanobiotechnol. 2021; 15(6): 519–31. https://doi.org/10.1049/nbt2.12040

25. Bhattacharya K., Mukherjee S.P., Gallud A., Burkert S.C., Bistarelli S., Bellucci S., et al. Biological interactions of carbon-based nanomaterials: From coronation to degradation. Nanomedicine. 2016; 12(2): 333–51. https://doi.org/10.1016/j.nano.2015.11.011

26. Albalawi F., Hussein M.Z., Fakurazi S., Masarudin M.J. Engineered nanomaterials: the challenges and opportunities for nanomedicines. Int. J. Nanomedicine. 2021; 16: 161–84. https://doi.org/10.2147/IJN.S288236

27. Xuan L., Ju Z., Skonieczna M., Zhou P.K., Huang R. Nanoparticles-induced potential toxicity on human health: Applications, toxicity mechanisms, and evaluation models. MedComm (2020). 2023; 4(4): e327. https://doi.org/10.1002/mco2.327

28. Iqbal M.J., Kabeer A., Abbas Z., Siddiqui H.A., Calina D., Sharifi-Rad J., et al. Interplay of oxidative stress, cellular communication and signaling pathways in cancer. Cell Commun. Signal. 2024; 22(1): 7. https://doi.org/10.1186/s12964-023-01398-5

29. Asaro P. Autonomous weapons and the ethics of artificial intelligence. In: Liao S.M., ed. Ethics of Artificial Intelligence. New York; 2020. https://doi.org/10.1093/oso/9780190905033.003.0008

30. Rahman M.A., Victoros E., Ernest J., Davis R., Shanjana Y., Islam M.R. Impact of Artificial Intelligence (AI) Technology in healthcare sector: a critical evaluation of both sides of the coin. Clin. Pathol. 2024; 17: 2632010X241226887. https://doi.org/10.1177/2632010X241226887

31. Zhou H., Mayorga-Martinez C.C., Pané S., Zhang L., Pumera M. Magnetically driven micro and nanorobots. Chem. Rev. 2021; 121(8): 4999–5041. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01234

32. Hua S., de Matos M.B.C., Metselaar J.M., Storm G. Current trends and challenges in the clinical translation of nanoparticulate nanomedicines: pathways for translational development and commercialization. Front. Pharmacol. 2018; 9: 790. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00790

33. Malik S., Muhammad K., Waheed Y. Emerging applications of nanotechnology in healthcare and medicine. Molecules. 2023; 28(18): 6624. https://doi.org/10.3390/molecules28186624

34. Wasti S., Lee I.H., Kim S., Lee J.H., Kim H. Ethical and legal challenges in nanomedical innovations: a scoping review. Front. Genet. 2023; 14: 1163392. https://doi.org/10.3389/fgene.2023.1163392

35. Mühlebach S. Regulatory challenges of nanomedicines and their follow-on versions: A generic or similar approach? Adv. Drug Deliv. Rev. 2018; 131: 122–31. https://doi.org/10.1016/j.addr.2018.06.024