中性粒細胞是最豐富的粒細胞類型，占人類所有白細胞的40%至70%。作為宿主抵抗入侵病原體的第一道防線，中性粒細胞具備固有的吞噬能力，可以吸收納米顆粒和吞噬死亡的紅細胞，并在激活后清除外來病原體和加載靶點；而且，還能跨血管遷移到臨近組織。因此，它們成為執(zhí)行體內(nèi)醫(yī)學任務的天然候選者。
然而，現(xiàn)有大多數(shù)基于中性粒細胞的治療策略依賴于細胞自發(fā)的趨化運動，從而缺乏有效激活、快速遷移和高精度導航。
近日，發(fā)表在美國化學學會旗下期刊《ACSCentralScience》上的一項新研究中，來自暨南大學納米光子學研究院李寶軍教授和鄭先創(chuàng)教授領導的研究團隊通過將中性粒細胞的先天免疫功能與智能光學操縱有機結合，實現(xiàn)了在活體上用光將中性粒細胞變成治療疾病的“微型機器人”。
目前大多數(shù)微型機器人都是由合成材料制成的，這些材料已被證明會觸發(fā)小型動物的免疫反應，所以它們在到達病灶之前就不得不被移出體外。
在這項新研究中，該團隊使用內(nèi)源性細胞，即中性粒細胞，代替以注射或口服膠囊的方式將微型機器人植入動物或人體內(nèi)的策略，不需要人工微結構和侵入性植入過程，因此避免了復雜的制備技術和組織損傷。
已有研究表明，中性粒細胞可以在實驗室培養(yǎng)皿中被激光引導和移動，但該團隊希望在活體動物體內(nèi)實現(xiàn)這一技術。
這項研究涉及光學工程和生物醫(yī)學兩大領域。首先，研究人員建立了光操縱系統(tǒng)，可以精準調(diào)控光的聚焦方式、操縱能力和掃描方式，并能同時進行光譜測量。
然后，他們選擇斑馬魚為實驗對象，因為斑馬魚的基因與人類高度同源。然而，有一個棘手問題也隨之而來：如何將藥物靜脈注射到斑馬魚的血管中。
研究共同通訊作者鄭先創(chuàng)說：“斑馬魚的體形很小，成魚體長只有3至4厘米，幼魚體長僅有幾毫米，它們的血管更是細小到只有十幾個微米左右。而我們的研究需要將模型納米藥物通過靜脈注射方式，注射到這些細小的血管中。當時我們遇到了很大的技術挑戰(zhàn)。”
經(jīng)反復嘗試，他們最終搭建出一套顯微注射裝置解決了這一技術難題。他們把斑馬魚放到顯微鏡下，通過微控制器按鈕來操縱微型注射器的上下左右移動，實現(xiàn)了對斑馬魚微小血管的精準注射。
中性粒細胞通過光遠程激活，然后沿著指定路線導航到目標位置，并在體內(nèi)完成其任務，如主動細胞間連接、靶向遞送納米藥物、精準清除細胞碎片。這一切都不需要對原生中性粒細胞進行額外的構建或修飾。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種方法可以使中性粒細胞每秒移動1.3微米，比其自然移動速度快了三倍左右。
由于成功在活體動物內(nèi)操縱中性粒細胞，這項研究提高了靶向藥物遞送和精準治療疾病的可能性。
該團隊表示，這是一項具有前驅(qū)性的研究工作，但離最終的臨床應用還有很長的路要走。作為基礎研究，目前研究只在斑馬魚身上進行，后續(xù)還將繼續(xù)優(yōu)化，逐步在小鼠和大動物模型上進行實驗。至于何時能在人體上進行實驗，還有很長的路要走。
