聚集誘導發光納米仿生機器人研究獲進展
2020-09-10 中科院之聲近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心研究員蔡林濤、副研究員張鵬飛、研究員龔萍、博士鄧冠軍等，與香港科技大學教授、中科院院士唐本忠以及湘潭大學教授陳華傑合作，研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤靶向診療。相關論文以Natural-Killer-Cell-Inspired Nanorobots with Aggregation-Induced Emission Characteristics for Near-Infrared-II Fluorescence-Guided Glioma Theranostics為題，在線發表在ACS NANO上，並已申請1項中國發明專利。
一般意義上的機器大部分由兩個或者兩個以上的構件組成，當構件與構件之間在獲得合適的能量後會發生相對運動。納米機器人（nanorobot）是機器人工程學的新興科技，是當今高新科技的前沿熱點之一，它以分子水平的生物學原理為設計原型，設計製造可對納米空間進行操作的「功能分子器件」。納米機器人的材料設計與開發，需要在分子層次以上的介觀層次或者更大的聚集態層次對於分子聚集體進行系統研究，聚集誘導發光（aggregation-induced emission, AIE）為聚集態科學的研究提供研究平臺。自然殺傷細胞（natural killer cell，NK細胞）是機體重要的免疫細胞，不僅與抗腫瘤、抗病毒感染和免疫調節有關，而且在某些情況下參與超敏反應和自身免疫性疾病的發生，它不依賴抗體和補體，即能直接殺傷靶細胞，如腫瘤細胞或受病毒感染的細胞等；此外，尚有免疫調節功能，參與移植排斥反應和某些自身免疫病的發生發展。自然殺傷細胞的功能和其細胞膜表面的多種抗原蛋白具有密切聯繫。
基於前期NK細胞膜仿生納米載體系統的工作基礎（ACS Nano2018, 12, 12, 12096-12108），通過借鑑科幻電影《終結者》中終結者機器人T-800的設計理念，粵港兩地研究人員合作開發以AIE聚合物材料為內骨骼，以自然殺傷細胞膜為外部皮膚的「終結者」納米機器人系統。這一系統既保留AIE材料在聚集態的近紅外二區發光性能，同時賦予AIE材料自然殺傷細胞免疫調節與識別的功能。構建的納米機器人可以通過調控血腦屏障表皮細胞間的緊密連接（TJs），引發血-腦屏障細胞骨架重排，導致細胞間隙增大而形成細胞間「綠色通道」，幫助自己穿越血腦屏障。在跨越血腦屏障進入腦部區域後，納米機器人可以利用NK細胞膜表面蛋白與腫瘤細胞膜表面受體的特異性識別，富集到腦膠質瘤細胞內。
藉助深圳先進院自行搭建的近紅外二區共聚焦細胞成像平臺、近紅外二區流式細胞分析平臺和近紅外二區小動物活體成像平臺，科研人員分別從細胞水平和活體水平對納米機器人的靶向能力進行驗證，在原位移植腦膠質瘤的小鼠模型上，實現高信噪比腦部腫瘤成像引導的光熱治療，為腦腫瘤及其他腦部疾病的診療提供新的工具。
研究工作得到國家自然科學基金、廣東省、深圳市、中科院科技計劃等的資助。
AIE納米仿生機器人示意圖及腦膠質瘤靶向診療示意圖
來源：中國科學院深圳先進技術研究院
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