返回頂部
螺旋藻在外部磁場(chǎng)控制下,能夠定向移動(dòng)至腫瘤。受訪(fǎng)者供圖
因具有靈活運(yùn)動(dòng)、藥物運(yùn)輸?shù)饶芰?微納機(jī)器人在疾病診斷治療、靶向遞送、無(wú)創(chuàng)手術(shù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)階段針對(duì)微納機(jī)器人的有關(guān)研究大多聚焦在體外,在體內(nèi)治療應(yīng)用的更多預(yù)期功能仍然存在極大的挑戰(zhàn)。
近日,浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員團(tuán)隊(duì)研制出了一款微納機(jī)器人。他們以具有生物活性的螺旋藻作為活體支架,將其浸涂磁性涂層、“改裝”成微納米機(jī)器人后,再調(diào)節(jié)外部磁場(chǎng)、靶向輸送至腫瘤組織,成功改善了腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實(shí)現(xiàn)磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫(yī)學(xué)影像導(dǎo)航下的腫瘤診斷與治療。這項(xiàng)研究被刊登在材料領(lǐng)域著名期刊《先進(jìn)功能材料》上。
借體外光照,為腫瘤治療供氧
“尺度為微納米級(jí)別、可通過(guò)外部調(diào)控控制的超小型材料或器械通常被稱(chēng)為微納機(jī)器人?！敝苊窠榻B說(shuō),微米尺寸的微藻經(jīng)過(guò)改裝,在腫瘤治療方面,具備了更多優(yōu)越性。
據(jù)了解,腫瘤細(xì)胞在快速增殖中會(huì)消耗大量的氧氣,導(dǎo)致腫瘤組織內(nèi)部存在缺氧微環(huán)境,這成了包括放療、化療等眾多腫瘤治療方法出現(xiàn)耐受現(xiàn)象、療效受限的重要原因之一。
通常情況下,臨床腫瘤治療會(huì)采用放療和光動(dòng)力治療,令患者通過(guò)高壓氧艙吸氧來(lái)解決腫瘤內(nèi)部氧氣不足的問(wèn)題。但這種方法往往收效甚微,并不能為接受治療的腫瘤部位靶向供氧,難以提高腫瘤治療效果。
“我們想到螺旋藻,一種生活中常見(jiàn)的微藻,能夠通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣,要把它送進(jìn)腫瘤卻并不簡(jiǎn)單?！敝苊窀嬖V記者,自己和浙江大學(xué)機(jī)械學(xué)院的教授交流時(shí),了解到他們經(jīng)常用不同浸涂方法在應(yīng)用機(jī)械上浸涂不同的材料來(lái)提高機(jī)械的防護(hù)能力或者機(jī)械強(qiáng)度。
“這給了我靈感,磁性涂層也是一種經(jīng)常采用的方法,用于通過(guò)外部磁場(chǎng)來(lái)控制機(jī)械的定向移動(dòng)?！睂?shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)提出將超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒通過(guò)浸涂工藝,均勻涂層至微藻表面,磁性工程化的微藻在外部磁場(chǎng)控制下,能夠定向運(yùn)動(dòng)至腫瘤。
在具體治療中,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外交變磁場(chǎng)將由微藻改裝成的微納機(jī)器人靶向運(yùn)送至腫瘤,通過(guò)體外光照,由光合作用在腫瘤原位產(chǎn)生氧氣來(lái)減輕腫瘤內(nèi)部乏氧程度,從而提高放射療法的效率。
實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),在小鼠的原位乳腺癌模型中,經(jīng)增強(qiáng)的放療聯(lián)合治療明顯抑制了腫瘤的生長(zhǎng)。
釋放葉綠素,監(jiān)測(cè)殺滅兩不誤
“研究的創(chuàng)新性在于無(wú)機(jī)材料與活性生物混合的微納體,選擇性把藥物輸送到腫瘤缺氧部位?！敝苊裾f(shuō),他們所研制的微納機(jī)器人是一種光合生物雜交體系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)既保持了微藻高效的產(chǎn)氧活性,還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅(qū)能力。
“螺旋藻之類(lèi)的微藻本身內(nèi)部也包含葉綠素,而葉綠素是有熒光性能的。當(dāng)微藻到達(dá)腫瘤部位以后,通過(guò)微藻內(nèi)部的葉綠素可以產(chǎn)生熒光。”周民說(shuō),藥物遇到熒光,就能夠表達(dá)出來(lái),可以無(wú)創(chuàng)性地監(jiān)測(cè)腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。
據(jù)介紹,這一光合生物雜交體系統(tǒng),經(jīng)過(guò)射線(xiàn)處理后能釋放葉綠素作為光敏劑,在外部紅光的照射下,產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)協(xié)同光動(dòng)力治療。
“正常的光動(dòng)力治療需要氧氣和活性氧才能順利開(kāi)展,我們制成的微納機(jī)器人能夠很好地解決這兩個(gè)需求?！敝苊裾f(shuō),這套系統(tǒng)作為天然生物能夠在體內(nèi)得到有效降解,為生物雜化材料應(yīng)用在靶向遞送和體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)中提供了轉(zhuǎn)化前景。
談及未來(lái)的應(yīng)用,周民表示,課題組目前在嘗試做相關(guān)藥物的生物安全性實(shí)驗(yàn)和大型動(dòng)物實(shí)驗(yàn),同時(shí)還需要進(jìn)一步提高磁場(chǎng)控制能力?！拔覀兡壳袄玫拇艌?chǎng)是比較簡(jiǎn)單的磁性裝置,正在和浙江大學(xué)機(jī)械學(xué)院的教授合作,采用定向可控交變磁場(chǎng),以便更精準(zhǔn)控制藥物在腫瘤內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。”
