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浙大團隊研制一款微納機器人,可通過光合作用靶向治療腫瘤

發布時間:2020-03-19來源:浙大新聞辦作者:柯溢能3141

微納機器人指的是尺度介于微納米級別,可以對微納空間進行精細操作的機器人。由于其具有靈活運動、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的有關研究大多聚焦在體外,在體內治療應用的更多預期功能仍然具有極大的挑戰性。

近日,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,通過以微藻作為活體支架,“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》(Advanced Functional Materials),并被遴選為當期封面。論文的第一作者是浙江大學轉化醫學研究院交叉學科直博生鐘丹妮,論文通訊作者為周民研究員。

周民團隊


光合作用解決供氧不足

在腫瘤治療中,為何需要微納機器人靶向提供氧氣呢?

這是因為腫瘤細胞在快速增殖中消耗了大量的氧氣,導致腫瘤組織內部存在缺氧微環境,這成為眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的重要原因之一。一般臨床腫瘤治療采用的放療和光動力治療中,患者通過高壓氧倉吸氧來解決腫瘤內部氧氣不足的問題。但這種方法往往收效甚微,并不能達到靶向供氧到腫瘤部位,難以提高腫瘤治療效果。

螺旋藻,一種生活中常見的微藻,作為水生植物能夠通過光合作用產生氧氣。那么如何將該微藻送進腫瘤?課題組提出將超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒通過浸涂工藝,均勻涂層至微藻表面。磁性工程化的微藻能夠在外部磁場控制下,能夠定向運動至腫瘤。

磁性工程化螺旋,磁鐵控制下能定向移動

研究的創新性在于無機和有機的微納體,選擇性把藥物輸送到腫瘤缺氧部位?!敝苊窠榻B,他們所研制的微納機器人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。

微納機器人通過光合作用提高腫瘤氧氣濃度

在具體治療中,通過體外交變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?!霸谛∈蟮脑蝗橄侔┠P椭?,經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用?!?/span>

增強放療/光動力協同治療抑制腫瘤生長并可降解


葉綠素一面照出腫瘤變化的鏡子

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?!?/span>

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?!八幬镉龅綗晒?,就能夠表達出來。葉綠素是一面鏡子能夠找出來它?!?/span>

基于葉綠素的治療及成像功能

這項研究持續了三年,周民說最早關注到微藻是源于一次海洋學院會議,和藻類研究的朋友聊天時受到的啟發。面對未來的應用前景,周民說:“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?!?/span>

研究工作得到了浙江大學眼科中心、浙江大學交叉學科項目、浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室、浙江大學惡性腫瘤預警與干預教育部重點實驗室等的大力支持,該研究也得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江省重點研發計劃等項目資助。

論文連接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910395

(文 柯溢能/圖片由課題組提供)

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