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浙大研究人員研發微納機器人,“穿上”磁性涂層外衣

2020/5/17 12:45:21

微納機器人是指一種尺度在微納米級別,可實現精細操作的機器人。具備靈活運動、精確靶向、藥物運輸等能力,在疾病診斷治療、靶向遞送、無創手術等生物醫學領域具有廣闊的應用前景。然而現階段針對微納機器人在生物醫學領域的有關研究大多聚焦在體外水平,在活體水平的應用仍然具有極大的挑戰性。

浙江大學醫學院附屬第二醫院/轉化醫學研究院周民研究員團隊研制出一款微納機器人,通過以微型螺旋藻作為活體模板,“穿上”磁性涂層外衣,靶向輸送至腫瘤組織,成功改善腫瘤乏氧微環境并有效實現磁共振/熒光/光聲三模態醫學影像導航下的腫瘤診斷與治療。這項研究被刊登在材料領域著名期刊《先進功能材料》(AdvancedFunctional Materials),并被遴選為當期副封面。

腫瘤組織的微環境,尤其是腫瘤組織內部存在的乏氧微環境,是導致眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的重要原因之一。特別是在臨床上常用的放射性治療中,氧氣參與輔助電離輻射誘導的DNA雙螺旋結構的損傷,促使細胞凋亡,缺氧會影響放療效果從而導致腫瘤細胞的耐受性。因此,如何有效減輕或逆轉腫瘤的乏氧狀態,是增強放射性治療效果的重點研究內容。
工程化螺旋藻,可通過外部磁場控制下能定向移動?該體系是一種光合生物雜交體系統,這個系統既保持了微藻高效的產氧活性,還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅能力。
工程化螺旋藻可通過光合作用可調節腫瘤乏氧?磁性工程化PBNs能夠在外部磁場控制下,靶向運動并積累至腫瘤,通過光合作用原位產生氧氣來減輕腫瘤內部乏氧程度,從而提高放射療法(RT)的效率。同時,經射線處理后PBNs釋放的葉綠素能作為光敏劑,在激光照射下產生具有細胞毒性的活性氧(ROS),實現協同光動力治療(PDT)。此外,PBNs除了具有Fe?O?涂層帶來的優異T2模式磁共振成像功能(MRI)外,還具有基于葉綠素的天然熒光(FLI)和光聲成像(PAI)功能,可以無創性地監測腫瘤治療情況和腫瘤微環境變化。
腫瘤靶向、光動力能力及成像功能?在小鼠的原位乳腺癌模型中,經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用。在治療中,通過體外磁場將微納機器人靶向運送并積累至腫瘤,通過體外光照,由光合作用原位產生氧氣來減輕腫瘤內部乏氧程度,從而提高放射療法的效率。在小鼠的原位乳腺癌模型中,經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用。
增強放療/光動力協同治療抑制腫瘤生長并可以代謝出體外?光合生物雜交微納泳體系統不僅對于放療具有積極作用,在經過射線處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑,進而產生具有細胞毒性的活性氧來殺死腫瘤細胞,實現協同光動力治療?!罢5墓鈩恿χ委熜枰鯕夂突钚匝醪拍茼樌_展,目前的微納機器人能夠很好地解決這兩個需求?!?此外,微藻中含有的大量葉綠素,也具有的天然熒光和光聲成像功能,可以無創性地監測腫瘤治療情況和腫瘤微環境變化。
更重要的是,該微納泳體本質作為天然生物能夠在體內得到有效降解,為生物雜化材料應用在靶向遞送和體內生物醫學中提供了轉化前景。該微納泳體本質作為天然生物能夠在體內得到有效降解,為生物雜化材料應用在靶向遞送和體內生物醫學中提供了轉化前景。

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