浙大團隊研制一款微納機器人，可通過(guò)光合作用靶向治療腫瘤

微納機器人指的是尺度介于微納米級別，可以對微納空間進(jìn)行精細操作的機器人。由于其具有靈活運動(dòng)、精確靶向、藥物運輸等能力，在疾病診斷治療、靶向遞送、無(wú)創(chuàng )手術(shù)等生物醫學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。然而現階段針對微納機器人的有關(guān)研究大多聚焦在體外，在體內治療應用的更多預期功能仍然具有極大的挑戰性。

近日，浙江大學(xué)醫學(xué)院附屬第二醫院/轉化醫學(xué)研究院周民研究員團隊研制出一款微納機器人，通過(guò)以微藻作為活體支架，“穿上”磁性涂層外衣，靶向輸送至腫瘤組織，成功改善腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實(shí)現磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫學(xué)影像導航下的腫瘤診斷與治療。 

這項研究被刊登在材料領(lǐng)域著(zhù)名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials），并被遴選為當期封面。論文的第一作者是浙江大學(xué)轉化醫學(xué)研究院交叉學(xué)科直博生鐘丹妮，論文通訊作者為周民研究員。

光合作用解決供氧不足

在腫瘤治療中，為何需要微納機器人靶向提供氧氣呢？

這是因為腫瘤細胞在快速增殖中消耗了大量的氧氣，導致腫瘤組織內部存在缺氧微環(huán)境，這成為眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的重要原因之一。一般臨床腫瘤治療采用的放療和光動(dòng)力治療中，患者通過(guò)高壓氧倉吸氧來(lái)解決腫瘤內部氧氣不足的問(wèn)題。但這種方法往往收效甚微，并不能達到靶向供氧到腫瘤部位，難以提高腫瘤治療效果。

螺旋藻，一種生活中常見(jiàn)的微藻，作為水生植物能夠通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣。那么如何將該微藻送進(jìn)腫瘤？課題組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。磁性工程化的微藻能夠在外部磁場(chǎng)控制下，能夠定向運動(dòng)至腫瘤。 

“研究的創(chuàng )新性在于無(wú)機和有機的微納體，選擇性把藥物輸送到腫瘤缺氧部位?！敝苊窠榻B，他們所研制的微納機器人是一種光合生物雜交體系統，這個(gè)系統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能力。

在具體治療中，通過(guò)體外交變磁場(chǎng)將微納機器人靶向運送并積累至腫瘤，通過(guò)體外光照，由光合作用原位產(chǎn)生氧氣來(lái)減輕腫瘤內部乏氧程度，從而提高放射療法的效率?！霸谛∈蟮脑蝗橄侔┠Ｐ椭?，經(jīng)增強的聯(lián)合治療展現了明顯的腫瘤生長(cháng)抑制作用?！?/p>

光合生物雜交微納泳體系統不僅對于放療具有積極作用，在經(jīng)過(guò)射線(xiàn)處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑，進(jìn)而產(chǎn)生具有細胞毒性的活性氧來(lái)殺死腫瘤細胞，實(shí)現協(xié)同光動(dòng)力治療?！罢５墓鈩?dòng)力治療需要氧氣和活性氧才能順利開(kāi)展，目前的微納機器人能夠很好地解決這兩個(gè)需求?！?/p>

此外，微藻中含有的大量葉綠素，也具有的天然熒光和光聲成像功能，可以無(wú)創(chuàng )性地監測腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化?！八幬镉龅綗晒?，就能夠表達出來(lái)。葉綠素是一面鏡子能夠找出來(lái)它?！?nbsp;

這項研究持續了三年，周民說(shuō)最早關(guān)注到微藻是源于一次海洋學(xué)院會(huì )議，和藻類(lèi)研究的朋友聊天時(shí)受到的啟發(fā)。面對未來(lái)的應用前景，周民說(shuō)：“該微納泳體本質(zhì)作為天然生物能夠在體內得到有效降解，為生物雜化材料應用在靶向遞送和體內生物醫學(xué)中提供了轉化前景?！?/p>

研究工作得到了浙江大學(xué)眼科中心、浙江大學(xué)交叉學(xué)科項目、浙江大學(xué)現代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗室、浙江大學(xué)惡性腫瘤預警與干預教育部重點(diǎn)實(shí)驗室等的大力支持，該研究也得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目資助。