香港中文大學:螺旋藻製造微型機器人,殺死癌細胞!

2021-02-12 生物通

幾十年來，生物醫學工程師們一直試圖製造智能給藥/手術微型機器人，就像科幻電影《神奇之旅》（Fantastic Voyage）裡的血管飛船一樣。

現在，香港中文大學材料科學家張立（Li Zhang）團隊通過磁力信號可以操縱螺旋藻在體內遊走，這種生物合成機器人，將以最小副作用的方式實現定點給藥和局部微手術等高難度操作，更重要的是，它和它的磁性塗層似乎還能殺死癌細胞！

螺旋藻（spirulina）是一類由單細胞或多細胞組成的絲狀體，看起來像個小彈簧。


迄今為止，科學家們反覆試驗各種形狀的人造機器，有杆狀的、管狀的、球狀的，甚至是比一個細胞還小的籠子狀的。為這些微小設備持續供能一直是項挑戰，一是大多數供能燃料對人體都具有毒性，二是由於人體富含迷宮般的蛋白質和其他分子，如何控制微型機器的運動方向也是難點之一。

張博士團隊巧妙地運用可以穿透人體且不會造成傷害的磁場解決了這些問題。

從這一理念出發，研究人員想設計能在體內移動的磁性元件。經過比較發現，螺旋體的快速扭轉效果最好。「讓我們感到驚訝的是，自然界就存在這種結構，而且它的表現十分良好，」Max Planck研究所的物理化學家Peer Fischer評價，他並沒有參與這項研究。


幾年前，張教授和他的團隊就從海藻身上找到靈感，創造了一些具有功能的合成微機器人。這次，他們決定使用螺旋藻本身，通過工程改造使其散發螢光，以便追蹤。研究人員試著在體表跟蹤了這款螢光機器人後，又使用磁粒子成像（MPI）對其進行體內深層追蹤。

MPI是一種常用的醫學成像技術，通過探測注入血液循環中的磁性氧化鐵納米顆粒來生成三維圖像。研究人員通過一步法，快速為數百萬的螺旋藻「穿」上了鐵氧化物（(Fe3O4）納米顆粒塗層使它們磁化。當微型機器人進入體內深層無法通過螢光跟蹤時，仍可通過核磁共振繼續追蹤。

研究人員觀察了微型機器人在大鼠胃部的活動。

意想不到的腫瘤殺傷功能

這是一款生物相容性非常高且成本低廉的人體微型機器人策略。微型機器人在體內的降解速度可根據塗層厚度進行調節。所有降解物對正常細胞不具威脅，唯一例外的是癌細胞。研究表明，體外培養的腫瘤細胞暴露於螺旋藻48小時，90%都被破壞了。進一步試驗表明，螺旋藻產生了一種對癌細胞有毒的化合物。

張教授說：「這項技術還需要進行更多實驗檢測，比如它是否可攜帶藥物，我們需比較其定點給藥的效率是否高於口服或打針注射。目前，它還沒準備好上臨床，但是，也許10年之後我們就能看到現實版的科幻故事了。」

螺旋藻的保健價值：
1. 降低膽固醇
2. 調節血糖
3. 增強免疫系統
4. 保護腸胃
5. 抗腫瘤、防癌抑癌
6. 防治高脂血症
7. 抗氧化、抗衰老、抗疲勞
8. 抗輻射功能
9. 治療貧血症

原文標題

Multifunctional biohybrid magnetite microrobots for imaging-guided therapy  

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