前言
給大腸桿菌配備人工成分來構建生物混合微型機器人
給大腸桿菌配備人工成分來構建生物混合微型機器人
近年來，隨著微加工工藝、微傳感器、微驅動器等技術能力的發(fā)展，微型機器人正在精準醫(yī)療領域發(fā)揮著日益重要的影響。微型機器人的體形很小，有的和蜻蜓或蒼蠅一樣大，有的甚至更小，小到人們看不見它們。
在生物醫(yī)療領域，將載有細胞的微凝膠結構排列、組裝成特定的構型并培養(yǎng)成具有特定生物功能的組織結構，對于藥物研發(fā)、生物傳感以及類生命機器人研究等方面具有重要的意義。究其原因，機器人的操作更具穩(wěn)定性，更小的體積也便于進入人體器官或血管中，微型機器人可以將藥物輸送到“病毒區(qū)”，手術的創(chuàng)傷也相對較小。
現(xiàn)在，在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究人員將機器人技術與生物學相結合，給大腸桿菌配備人工成分來構建生物混合微型機器人（biohybridmicrorobot），而其開發(fā)的大腸桿菌“機器人”已經(jīng)被證明可用于抗擊癌癥。
事實上，作為最常見的微生物物種之一，大腸桿菌可以在多種介質中快速地游動，此外它們還具備了較強的環(huán)境感知能力，可以被多種環(huán)境信號所吸引，如化學梯度、低氧水平或高酸性——后兩者恰好是腫瘤組織附近的微環(huán)境特征。
因此，科學家們一直嘗試將其用于腫瘤治療，譬如在腫瘤組織附近注射細菌，隨著細菌向腫瘤所在之處流動并生長，以此激活腫瘤微環(huán)境中的免疫反應來消滅腫瘤?；诖?，科學家們一直在尋找進一步增強微生物對腫瘤殺傷能力的方法，他們嘗試著為細菌增加額外的組分來幫助對抗癌癥，但這并不是一件容易的事。
而此次實驗中，首先，研究人員在每個大腸桿菌上附著了幾個納米脂質體（nanoliposome，NLs）和磁性納米顆粒（mNPs），在它們的外圍，這些球形的載體包裹著吲哚菁綠（indocyaninegreen,ICG），當被近紅外光照到時ICG就會融化。再往中間走，在水性核心內部，這些納米脂質體包裹著水溶性化療藥物分子阿霉素（doxorubicin,DOX）。當被近紅外光照到時ICG就會融化。mNPs在磁場的作用下能夠助推細菌到達目的組織。
3D基質入侵實驗證明，細菌微型機器人在密閉多孔的生物微環(huán)境中也能穿透和游動。一旦這些微型機器人積聚在所需的位點（腫瘤球狀體），一個近紅外激光器產生溫度高達55攝氏度的射線，引發(fā)了納米脂質體的融化過程，并釋放出所含的藥物。低pH值或酸性環(huán)境也會導致納米脂質體裂開，因此藥物會在腫瘤附近自動釋放。也就是說，在外部的局部刺激條件下，細菌微型機器人能夠實現(xiàn)按需給藥。
顯然，微型機器人最大的優(yōu)勢就是可以進入人類無法到達的地方，去觀察環(huán)境、監(jiān)測風險、消殺癌細胞和病毒等，而在未來很長一段時間里，醫(yī)療領域都將會成為微型機器人重要應用場景。
