治療肺轉(zhuǎn)移的微型機(jī)器人 

腫瘤轉(zhuǎn)移到肺部是癌癥治療領(lǐng)域的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。在已轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤確診患者中，有20%~54%發(fā)生了肺轉(zhuǎn)移。全身化療是治療肺轉(zhuǎn)移的常用方法，但這種方法卻往往效果不佳。這是因?yàn)榉尾烤哂邪邢蛐詥栴}，并且還有蓄積性差的問題，難以聚集足夠高的濃度來殺死腫瘤。因此，直至今日，我們?nèi)匀粵]有有效的、專門針對(duì)肺轉(zhuǎn)移的治療方法。

近年來，納米技術(shù)已經(jīng)為改善轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤的治療做出了貢獻(xiàn)。但是，納米顆粒在給藥方面面臨各種挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)通常會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的納米制劑在轉(zhuǎn)移部位的蓄積效率低下。

在一項(xiàng)新的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種微型機(jī)器人，可以利用可移動(dòng)的藻類將載有化療藥物的納米顆粒輸送到肺部，進(jìn)而解決肺轉(zhuǎn)移的挑戰(zhàn)。研究結(jié)果被發(fā)表在近期的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

綠色微藻的精準(zhǔn)給藥  

通常，合成微型機(jī)器人是由剛性的金屬或聚合物結(jié)構(gòu)制成的。它們難以制造，而且無法進(jìn)入許多器官和組織。對(duì)人類來說，它們甚至有可能是有毒的。

在過去的5年里，研究人員一直致力于使用微藻用于生物混合微型機(jī)器人的研發(fā)。他們相信微藻有望克服上述的問題：首先，微藻可以通過一種叫做鞭毛的毛發(fā)狀附屬絲自主移動(dòng)，推動(dòng)自身通過肺等器官。此外，與其他微生物相比，微藻的毒性較小，而且更價(jià)格低廉、更容易生產(chǎn)。

微小的綠藻可以在身體里游動(dòng)。（圖/CSIRO/Wikimedia Commons, CC BY-SA）

新研究所研發(fā)的微型機(jī)器人被稱為藻類-NP(DOX)機(jī)器人，這種機(jī)器人由常被用于制藥的天然綠藻——萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）構(gòu)成，這些綠藻與涂有紅細(xì)胞膜的納米顆粒結(jié)合在一起，而納米顆粒中包含著一種名為阿霉素的常見化療藥物。

微藻的長時(shí)間游動(dòng)可以促進(jìn)化療藥物在整個(gè)肺部的有效分布。紅細(xì)胞膜可以充當(dāng)一種天然的“偽裝”，它可以增強(qiáng)微型機(jī)器人的生物相容性，并防止其受到免疫系統(tǒng)的攻擊。

由微藻和紅細(xì)胞膜構(gòu)成的微型機(jī)器人，可以移動(dòng)到肺部深處難以企及的腫瘤。（圖/From Zhang et al., Sci. Adv. 10, eadn6157 (2024), CC BY-NC）

為了測(cè)試了這些基于微藻的微型機(jī)器人，研究人員在肺轉(zhuǎn)移的小鼠身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過氣管注射，這些基于微藻的微型機(jī)器人進(jìn)入了小鼠肺部，并將對(duì)其他器官的副作用降到了最低。

一旦進(jìn)入肺部，這些微型機(jī)器人就可以開始游動(dòng)，并將藥物迅速分發(fā)到肺部組織中。而且它們還可以避免被肺部的免疫細(xì)胞破壞，使藥物逐漸地從納米顆粒中被釋放。與不能自行移動(dòng)的自由藥物和靜態(tài)的載藥納米顆粒相比，這些微藻微型機(jī)器人能改善藥物的濃度水平，并延長藥物在肺部停留的時(shí)間。

研究結(jié)果表明，這些微型機(jī)器人通過更有效地向已病變的肺部組織輸送化療藥物，導(dǎo)致肺部腫瘤縮小，延長了小鼠的存活期，顯著改善了治療效果。利用這種基于微藻的微型機(jī)器人治療的小鼠，它們的中位生存時(shí)間提高了40%，從27天延長到了37天。

最終，這些微型機(jī)器人會(huì)被免疫細(xì)胞分解成無毒的成分，如氨基酸和糖，導(dǎo)致微型機(jī)器人從體內(nèi)完全清除。

生物工程的癌癥治療  

這種生物混合微型機(jī)器人為將藥物輸送到肺部治療肺部疾病提供了一種強(qiáng)有力的方法。在此之前，研究人員已經(jīng)使用這些綠藻微型機(jī)器人治療了急性肺部肺炎?，F(xiàn)在他們專注于治療其他具有挑戰(zhàn)性的肺部相關(guān)疾病，如囊性纖維化和特發(fā)性肺纖維化。

與此同時(shí)，他們還在研究一種更有效、更無創(chuàng)地輸送這些生物混合微型機(jī)器人的方法。他們希望能夠獲取更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制，以進(jìn)一步提升藥物在目標(biāo)部位的蓄積。

研究人員表示，將這些新的生物混合微型機(jī)器人應(yīng)用于臨床還需要等待一段時(shí)間。但是總的來說，將活的微藻與細(xì)胞膜包裹的納米顆粒結(jié)合起來遞送藥物的方法，將有助于為生物工程癌癥治療奠定基礎(chǔ)。

#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

原作：Zhengxing Li（美國加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)與工程學(xué)博士）

#參考來源：

https://theconversation.com/microrobots-made-of-algae-carry-chemo-directly-to-lung-tumors-improving-cancer-treatment-232136

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn6157