“納米快遞員”通過EMS實現遠程精準遞藥

在好萊塢電影《奇妙旅程》中，為了救治病人，外科醫生可以縮小為一百萬分之一，進入人體內進行血管手術。

如今，科幻照進現實，隨著智能時代的到來，能在微觀尺度執行任務的微納機器人因其在藥物輸送、微創手術、醫療診斷、治療等方面的應用受到廣泛關注。

北京時間2月23日，一項發表于國際學術期刊Science Advances的研究介紹了一種雙引擎、自適應的酵母微納生物機器人，它能夠像“納米快遞員”一樣，通過生物酶與巨噬細胞引擎的切換（Enzyme-Macrophage-Switching，EMS），穿透人體多重生理屏障，實現將藥物精準遞送到遠程炎癥病灶。

論文截圖

中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所納米醫療與技術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，中國科學院大學博士生張保珍為第一作者；深圳先進院為論文第一單位。

具備“雙引擎”的微納機器人

具有自我推進和導航能力的微納生物機器人因其可以到達現有醫療器械難以企及的微觀區域，有望實現疾病的精準診療，革新傳統醫學，因此受到廣泛關注。

然而，由于人體內存在多重生理屏障，開發能夠適應微環境的變化，并將藥物精準遞送到遠程病灶的微納生物機器人仍然具有挑戰性。不僅如此，微納生物機器人必須具備超高的安全性，才能運用在人體環境中。

生物酶驅動的微納生物機器人以體內的生物相容性底物（如葡萄糖、尿素）為燃料，在藥物遞送領域應用前景廣闊。

“其中，酵母微囊是可食用酵母益生菌的細胞壁成分，它是一種天然、中空、多孔可以負載多種納米藥物的微球，可以靶向巨噬細胞，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胞也是一種天然的細胞引擎。

“我們發現酵母微囊經口服后，可以被腸道內的巨噬細胞內吞，而腸道內天然存的葡萄糖濃度梯度提示我們可以利用級聯驅動機器人的運動。”

進一步地，研究團隊以酵母微囊為活性材料，通過將葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶偶聯在包裹納米藥物的酵母微囊表面，制備了具有不對稱結構的酵母微納生物機器人（TBY-robot）。

極大降低炎癥反應

驗證表明，TBY-robot經過口服后，能夠利用腸道內天然的葡萄糖濃度梯度穿透黏液屏障，通過腸上皮微褶皺細胞跨過腸上皮屏障，在派爾氏結內自行切換為巨噬細胞引擎，進而利用巨噬細胞的炎癥趨化性，經過淋巴循環和血液循環，精準的將藥物遞送到遠程炎癥部位。

酵母微納生物機器人通過EMS實現遠程精準的炎癥病灶遞藥 來源：科研團隊供圖

簡而言之，TBY-robot就像“納米快遞員”，派爾氏結類似于“中轉站”，通過切換不同的交通工具，將藥物精準的遞送到炎癥區域。

論文通訊作者蔡林濤研究員介紹，在小鼠結腸炎模型和胃炎模型中的結果顯示，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并緩解了疾病的癥狀。這意味著TBY-robot能夠通過EMS策略，將更多的藥物主動靶向遞送到炎癥病灶。，

當前，微納機器人仍存在制備方式復雜、動力系統有限等問題，與合成生物學相融合才能創新發展。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。

“酵母微納生物機器人具有優良的生物相容性，且可以作為天然的納米藥倉，將不同形式的藥物精準的遞送到炎癥病灶。”蔡林濤介紹，炎癥與許多疾病密切相關，包括癌癥、肥胖、糖尿病和腦退行性疾病等，團隊目前已經申請相關發明ZL5項，將進一步擴大雙引擎酵母機器人的應用范圍。

相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc8978