大腸桿菌微型機器人,如何向癌細胞下手?_風聞
根新未来-2022-07-24 09:09
文/觀察未來科技
近年來,隨着微加工工藝、微傳感器、微驅動器等技術能力的發展,微型機器人正在精準醫療領域發揮着日益重要的影響。微型機器人的體形很小,有的和蜻蜓或蒼蠅一樣大,有的甚至更小,小到人們看不見它們。
在生物醫療領域,將載有細胞的微凝膠結構排列、組裝成特定的構型並培養成具有特定生物功能的組織結構,對於藥物研發、生物傳感以及類生命機器人研究等方面具有重要的意義。**究其原因,**機器人的操作更具穩定性,更小的體積也便於進入人體器官或血管中,微型機器人可以將藥物輸送到“病毒區”,手術的創傷也相對較小。
現在,在一項新的研究中,來自德國馬克斯-普朗克智能系統研究所的研究人員將機器人技術與生物學相結合,給大腸桿菌配備人工成分來構建生物混合微型機器人(biohybrid microrobot),而其開發的大腸桿菌“機器人”已經被證明可用於抗擊癌症。
事實上,作為最常見的微生物物種之一,大腸桿菌可以在多種介質中快速地遊動,此外它們還具備了較強的環境感知能力,可以被多種環境信號所吸引,如化學梯度、低氧水平或高酸性——後兩者恰好是腫瘤組織附近的微環境特徵。

因此,科學家們一直嘗試將其用於腫瘤治療,譬如在腫瘤組織附近注射細菌,隨着細菌向腫瘤所在之處流動並生長,以此激活腫瘤微環境中的免疫反應來消滅腫瘤。**基於此,**科學家們一直在尋找進一步增強微生物對腫瘤殺傷能力的方法,他們嘗試着為細菌增加額外的組分來幫助對抗癌症,但這並不是一件容易的事。
而此次實驗中,首先,研究人員在每個大腸桿菌上附着了幾個納米脂質體(nanoliposome,NLs)和磁性納米顆粒(mNPs),在它們的外圍,這些球形的載體包裹着吲哚菁綠(indocyanine green, ICG),當被近紅外光照到時ICG就會融化。再往中間走,在水性核心內部,這些納米脂質體包裹着水溶性化療藥物分子阿黴素(doxorubicin, DOX)。當被近紅外光照到時ICG就會融化。mNPs在磁場的作用下能夠助推細菌到達目的組織。
3D基質入侵實驗證明,細菌微型機器人在密閉多孔的生物微環境中也能穿透和遊動。一旦這些微型機器人積聚在所需的位點(腫瘤球狀體),一個近紅外激光器產生温度高達55攝氏度的射線,引發了納米脂質體的融化過程,並釋放出所含的藥物。低pH值或酸性環境也會導致納米脂質體裂開,因此藥物會在腫瘤附近自動釋放。**也就是説,**在外部的局部刺激條件下,細菌微型機器人能夠實現按需給藥。
顯然,微型機器人最大的優勢就是可以進入人類無法到達的地方,去觀察環境、監測風險、消殺癌細胞和病毒等,而在未來很長一段時間裏,醫療領域都將會成為微型機器人重要應用場景。