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【原創(chuàng)】深圳先進(jìn)院團(tuán)隊(duì)研發(fā)“納米快遞員”,可穿透人體生理屏障遠(yuǎn)程精準(zhǔn)給藥_世界聚焦
發(fā)布時(shí)間:2023-02-23 20:56:19 文章來(lái)源:
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讀創(chuàng)/首席記者 陳小慧

在好萊塢電影《奇妙旅程》中,為了救治病人,外科醫(yī)生可以縮小為一百萬(wàn)分之一,進(jìn)入人體內(nèi)進(jìn)行血管手術(shù)。

如今,科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí),隨著智能時(shí)代的到來(lái),能在微觀尺度執(zhí)行任務(wù)的微納機(jī)器人因其在藥物輸送、微創(chuàng)手術(shù)、醫(yī)療診斷、治療等方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。


(資料圖片)

北京時(shí)間2月23日,一項(xiàng)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science Advances的研究介紹了一種雙引擎、自適應(yīng)的酵母微納生物機(jī)器人,它能夠像“納米快遞員”一樣,通過(guò)生物酶與巨噬細(xì)胞引擎的切換(Enzyme-Macrophage-Switching,EMS),穿透人體多重生理屏障,實(shí)現(xiàn)將藥物精準(zhǔn)遞送到遠(yuǎn)程炎癥病灶。

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所納米醫(yī)療與技術(shù)研究中心蔡林濤研究員、潘宏副研究員和鄭明彬博士為通訊作者,中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士生張保珍為第一作者;深圳先進(jìn)院為論文第一單位。

(論文截圖)

具備“雙引擎”的微納機(jī)器人

具有自我推進(jìn)和導(dǎo)航能力的微納生物機(jī)器人因其可以到達(dá)現(xiàn)有醫(yī)療器械難以企及的微觀區(qū)域,有望實(shí)現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診療,革新傳統(tǒng)醫(yī)學(xué),因此受到廣泛關(guān)注。

然而,由于人體內(nèi)存在多重生理屏障,開發(fā)能夠適應(yīng)微環(huán)境的變化,并將藥物精準(zhǔn)遞送到遠(yuǎn)程病灶的微納生物機(jī)器人仍然具有挑戰(zhàn)性。不僅如此,微納生物機(jī)器人必須具備超高的安全性,才能運(yùn)用在人體環(huán)境中。

生物酶驅(qū)動(dòng)的微納生物機(jī)器人以體內(nèi)的生物相容性底物(如葡萄糖、尿素)為燃料,在藥物遞送領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

“其中,酵母微囊是可食用酵母益生菌的細(xì)胞壁成分,它是一種天然、中空、多孔可以負(fù)載多種納米藥物的微球,可以靶向巨噬細(xì)胞,這引起了我們的興趣。” 論文共同通訊作者潘宏介紹,具有炎癥趨化性的巨噬細(xì)胞也是一種天然的細(xì)胞引擎。

“我們發(fā)現(xiàn)酵母微囊經(jīng)口服后,可以被腸道內(nèi)的巨噬細(xì)胞內(nèi)吞,而腸道內(nèi)天然存的葡萄糖濃度梯度提示我們可以利用級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)?!?/p>

進(jìn)一步地,研究團(tuán)隊(duì)以酵母微囊為活性材料,通過(guò)將葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶偶聯(lián)在包裹納米藥物的酵母微囊表面,制備了具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的酵母微納生物機(jī)器人(TBY-robot)。

(酵母微納生物機(jī)器人通過(guò)EMS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)的炎癥病灶遞藥來(lái)源:科研團(tuán)隊(duì)供圖)

極大降低炎癥反應(yīng)

驗(yàn)證表明,TBY-robot經(jīng)過(guò)口服后,能夠利用腸道內(nèi)天然的葡萄糖濃度梯度穿透黏液屏障,通過(guò)腸上皮微褶皺細(xì)胞跨過(guò)腸上皮屏障,在派爾氏結(jié)內(nèi)自行切換為巨噬細(xì)胞引擎,進(jìn)而利用巨噬細(xì)胞的炎癥趨化性,經(jīng)過(guò)淋巴循環(huán)和血液循環(huán),精準(zhǔn)的將藥物遞送到遠(yuǎn)程炎癥部位。

簡(jiǎn)而言之,TBY-robot就像“納米快遞員”,派爾氏結(jié)類似于“中轉(zhuǎn)站”,通過(guò)切換不同的交通工具,將藥物精準(zhǔn)的遞送到炎癥區(qū)域。

論文通訊作者蔡林濤研究員介紹,在小鼠結(jié)腸炎模型和胃炎模型中的結(jié)果顯示,TBY-robot能夠提高炎癥部位的藥物富集約1000倍,極大的降低了炎癥反應(yīng)并緩解了疾病的癥狀。這意味著TBY-robot能夠通過(guò)EMS策略,將更多的藥物主動(dòng)靶向遞送到炎癥病灶。

當(dāng)前,微納機(jī)器人仍存在制備方式復(fù)雜、動(dòng)力系統(tǒng)有限等問(wèn)題,與合成生物學(xué)相融合才能創(chuàng)新發(fā)展。論文通訊作者蔡林濤表示,該研究成果為胃腸道炎癥的治療提供了新的技術(shù)手段,也為治療其他炎癥疾病提供了全新的思路。

“酵母微納生物機(jī)器人具有優(yōu)良的生物相容性,且可以作為天然的納米藥倉(cāng),將不同形式的藥物精準(zhǔn)的遞送到炎癥病灶。”蔡林濤介紹,炎癥與許多疾病密切相關(guān),包括癌癥、肥胖、糖尿病和腦退行性疾病等,團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利5項(xiàng),將進(jìn)一步擴(kuò)大雙引擎酵母機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

標(biāo)簽: 巨噬細(xì)胞 納米藥物 炎癥反應(yīng)

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