微纳机器人利用光合作用靶向治疗肿瘤

最近，浙江大学医学院第二附属医院/转化医学研究所的周敏研究员团队开发了一个微纳机器人。利用微藻作为活体支持物，“穿”上磁性涂层，并有针对性地将其传递到肿瘤组织，成功改善了肿瘤缺氧微环境，在磁共振/荧光/光声三模态医学图像的指导下，有效地实现了肿瘤的诊断和治疗。该研究发表在《高级功能材料》上，并被选为当前封面。

微纳机器人是指规模在微纳水平之间，能够在微纳空间进行精细操作的机器人。由于其灵活的运动、精确的靶向、药物输送等能力，在疾病诊断和治疗、靶向给药、非侵入性手术等生物医学领域具有广阔的应用前景。然而，目前对微纳机器人的研究大多集中在体外，体内治疗应用的更多预期功能仍极具挑战性。

在肿瘤治疗中，为什么微纳机器人需要提供靶向氧气？

这是因为肿瘤细胞在快速增殖过程中消耗大量氧气，导致肿瘤组织内微环境缺氧，这已成为许多肿瘤治疗方法中产生耐受现象的重要原因之一。在临床肿瘤治疗中常用的放射治疗和光动力治疗中，患者使用高压氧舱吸氧来解决肿瘤中氧气不足的问题。然而，这种方法通常效果甚微，并且不能实现对肿瘤部位的靶向供氧，因此难以提高肿瘤治疗效果。

螺旋藻是生活中常见的微藻，作为水生植物可以通过光合作用产生氧气。那么微藻如何被输送到肿瘤中呢？研究小组建议通过浸涂工艺将超顺磁性四氧化三铁纳米粒子均匀地涂覆在微藻表面。磁性工程微藻可以在外部磁场的控制下定向移动到肿瘤中。

“这项研究的创新之处在于无机和有机微纳体能够选择性地将药物输送到肿瘤缺氧部位。”周敏介绍说，他们研制的微纳机器人是一种光合生物混合系统，不仅保持了微藻高效的产氧活性，而且具有四氧化三铁纳米粒子的定向磁驱动能力。在具体的治疗中，微纳机器人通过外部交变磁场有针对性地向肿瘤内输送和聚集，通过外部光照光合作用原位产生氧气，降低肿瘤内的缺氧程度，从而提高放射治疗的效率。"在小鼠原位乳腺癌模型中，强化联合治疗显示出明显的肿瘤生长抑制作用."

光合生物杂化微纳游泳系统在放射治疗中发挥着积极的作用。放射治疗后释放的叶绿素可作为光敏剂产生细胞毒性活性氧杀死肿瘤细胞，实现协同光动力治疗。周敏说:“正常的光动力疗法需要氧气和活性氧才能顺利进行，而目前的微纳机器人可以很好地解决这两个需求。”

此外，微藻中含有大量的叶绿素，还具有天然荧光和光声成像功能，可以无创监测肿瘤治疗和肿瘤微环境变化。周敏说:“当药物遇到荧光时，它们可以被表达出来。叶绿素是一面可以找到它的镜子。”

据报道，这项研究持续了3年。微纳米游泳体的本质可以作为天然生物在体内有效降解，为生物杂化材料在靶向递送和体内生物医学中的应用提供了转化前景周敏说。

相关论文信息:https://在线library.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910395