“雙引擎”驅(qū)動 微納機器人實現(xiàn)精準遞藥
◎本報記者 葉 青
在好萊塢電影《奇妙旅程》中,為了救治病人,外科醫(yī)生可以縮小為原來的100萬分之一,進入人體內(nèi)進行手術(shù)。如今,科幻走進現(xiàn)實,隨著智能時代的到來,能在微觀尺度執(zhí)行任務(wù)的微納機器人因其在藥物輸送、微創(chuàng)手術(shù)、醫(yī)療診斷、治療等方面廣泛應(yīng)用而受到關(guān)注。
3月13日,科技日報記者從中國科學院深圳先進技術(shù)研究院獲悉,該院醫(yī)藥所納米醫(yī)療與技術(shù)研究中心蔡林濤研究員團隊開發(fā)了一款“雙引擎”、自適應(yīng)的酵母微納生物機器人(TBY-robot),通過生物酶與巨噬細胞“引擎”的切換,它能穿透人體多重生理屏障,實現(xiàn)將藥物精準遞送到遠程炎癥病灶。相關(guān)研究論文日前發(fā)表在國際學術(shù)期刊《科學·進展》上。
制備酵母微納生物機器人
微納生物機器人是能夠?qū)⒅車h(huán)境中的化學能或物理刺激轉(zhuǎn)化為自身動能的小型化智能化生物裝置。其具有在現(xiàn)有醫(yī)療器械難以企及的微觀領(lǐng)域進行自驅(qū)運動和導航的能力,有望實現(xiàn)疾病的精準診療。
然而,由于人體內(nèi)存在多重生理屏障,開發(fā)能夠適應(yīng)微環(huán)境的變化,并將藥物精準遞送到遠程病灶的微納生物機器人仍然具有挑戰(zhàn)性。不僅如此,微納生物機器人必須具備超高的安全性,才能運用在人體環(huán)境中!拔覀兊难芯砍踔允情_發(fā)一款自適應(yīng)的微納生物機器人,能夠適應(yīng)體內(nèi)微環(huán)境的變化,從而能夠克服多重生理屏障進行遠程遞藥和治療!闭撐墓餐ㄓ嵶髡吲撕暾f。
生物酶驅(qū)動的微納生物機器人以體內(nèi)的生物相容性底物,如葡萄糖、尿素為燃料,在藥物遞送領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
“其中,酵母微囊是可食用酵母益生菌的細胞壁成分,它是一種天然、中空、多孔可以負載多種納米藥物的微球,可以靶向巨噬細胞,這引起了我們的興趣。”潘宏介紹,具有炎癥趨化性的巨噬細胞也是一種天然的細胞“引擎”!拔覀儼l(fā)現(xiàn)酵母微囊經(jīng)口服后,可以被腸道內(nèi)的巨噬細胞內(nèi)吞,而腸道內(nèi)的葡萄糖濃度梯度提示我們可以利用級聯(lián)驅(qū)動機器人的運動!迸撕暾f。
該團隊以酵母微囊為活性材料,通過將葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶偶聯(lián)在包裹納米藥物的酵母微囊表面,制備了具有不對稱結(jié)構(gòu)的酵母微納生物機器人。
提高炎癥部位藥物富集量
驗證表明,該酵母微納生物機器人經(jīng)過口服后,能夠利用腸道內(nèi)天然的葡萄糖濃度梯度穿透黏液屏障,通過腸上皮微褶皺細胞跨過腸上皮屏障,在派爾氏結(jié)內(nèi)自行切換為巨噬細胞引擎,進而利用巨噬細胞的炎癥趨化性,經(jīng)過淋巴循環(huán)和血液循環(huán),精準地將藥物遞送到遠程炎癥部位。
派爾氏結(jié)類似于“中轉(zhuǎn)站”。簡言之,該機器人通過在“中轉(zhuǎn)站”切換不同的交通工具,將藥物精準地遞送到炎癥區(qū)域。
論文通訊作者蔡林濤介紹,在小鼠結(jié)腸炎模型和胃炎模型中的結(jié)果顯示,該機器人能夠使炎癥部位的藥物富集提高約1000倍,極大地降低了炎癥反應(yīng)并緩解了疾病的癥狀。這意味著它能夠通過EMS(郵政特快專遞服務(wù))策略,將更多的藥物主動靶向遞送到炎癥病灶。
“酵母微納生物機器人具有優(yōu)良的生物相容性,且可以作為天然的納米藥倉,將不同形式的藥物精準地遞送到炎癥病灶!辈塘譂榻B,炎癥與許多疾病密切相關(guān),包括癌癥、肥胖、糖尿病和腦退行性疾病等。該研究成果為胃腸道炎癥的治療提供了新的技術(shù)手段,也為治療其他炎癥疾病提供了全新思路。該團隊目前已申請相關(guān)發(fā)明專利5項,并將進一步擴大“雙引擎”酵母機器人的應(yīng)用范圍。
(責任編輯:歐云海)