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“双引擎”驱动微纳机器人实现精准递药

作者:安远    栏目:医疗信息    来源:人民网    发布时间:2023-03-16 11:06

在好莱坞电影《奇妙旅程》中,为了救治病人,外科医生可以缩小为原来的100万分之一,进入人体内进行手术。如今,科幻走进现实,随着智能时代的到来,能在微观尺度执行任务的微纳机器人因其在药物输送、微创手术、医疗诊断、治疗等方面广泛应用而受到关注。

3月13日,科技日报记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉,该院医药所纳米医疗与技术研究中心蔡林涛研究员团队开发了一款“双引擎”、自适应的酵母微纳生物机器人,通过生物酶与巨噬细胞“引擎”的切换,它能穿透人体多重生理屏障,实现将药物精准递送到远程炎症病灶。相关研究论文日前发表在国际学术期刊《科学·进展》上。

制备酵母微纳生物机器人

微纳生物机器人是能够将周围环境中的化学能或物理刺激转化为自身动能的小型化智能化生物装置。其具有在现有医疗器械难以企及的微观领域进行自驱运动和导航的能力,有望实现疾病的精准诊疗。

然而,由于人体内存在多重生理屏障,开发能够适应微环境的变化,并将药物精准递送到远程病灶的微纳生物机器人仍然具有挑战性。不仅如此,微纳生物机器人必须具备超高的安全性,才能运用在人体环境中。“我们的研究初衷是开发一款自适应的微纳生物机器人,能够适应体内微环境的变化,从而能够克服多重生理屏障进行远程递药和治疗。”论文共同通讯作者潘宏说。

生物酶驱动的微纳生物机器人以体内的生物相容性底物,如葡萄糖、尿素为燃料,在药物递送领域应用前景广阔。

“其中,酵母微囊是可食用酵母益生菌的细胞壁成分,它是一种天然、中空、多孔可以负载多种纳米药物的微球,可以靶向巨噬细胞,这引起了我们的兴趣。”潘宏介绍,具有炎症趋化性的巨噬细胞也是一种天然的细胞“引擎”。“我们发现酵母微囊经口服后,可以被肠道内的巨噬细胞内吞,而肠道内的葡萄糖浓度梯度提示我们可以利用级联驱动机器人的运动。”潘宏说。

该团队以酵母微囊为活性材料,通过将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶偶联在包裹纳米药物的酵母微囊表面,制备了具有不对称结构的酵母微纳生物机器人。

提高炎症部位药物富集量

验证表明,该酵母微纳生物机器人经过口服后,能够利用肠道内天然的葡萄糖浓度梯度穿透黏液屏障,通过肠上皮微褶皱细胞跨过肠上皮屏障,在派尔氏结内自行切换为巨噬细胞引擎,进而利用巨噬细胞的炎症趋化性,经过淋巴循环和血液循环,精准地将药物递送到远程炎症部位。

派尔氏结类似于“中转站”。简言之,该机器人通过在“中转站”切换不同的交通工具,将药物精准地递送到炎症区域。

论文通讯作者蔡林涛介绍,在小鼠结肠炎模型和胃炎模型中的结果显示,该机器人能够使炎症部位的药物富集提高约1000倍,极大地降低了炎症反应并缓解了疾病的症状。这意味着它能够通过EMS策略,将更多的药物主动靶向递送到炎症病灶。

“酵母微纳生物机器人具有优良的生物相容性,且可以作为天然的纳米药仓,将不同形式的药物精准地递送到炎症病灶。”蔡林涛介绍,炎症与许多疾病密切相关,包括癌症、肥胖、糖尿病和脑退行性疾病等。该研究成果为胃肠道炎症的治疗提供了新的技术手段,也为治疗其他炎症疾病提供了全新思路。该团队目前已申请相关发明专利5项,并将进一步扩大“双引擎”酵母机器人的应用范围。

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