“雙引擎”驅動
微納機器人實現精準遞藥

◎本報記者 葉 青

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原來的100萬分之一，進入人體內進行手術。如今，科幻走進現實，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、治療等方面廣泛應用而受到關注。

3月13日，科技日報記者從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院醫藥所納米醫療與技術研究中心蔡林濤研究員團隊開發了一款“雙引擎”、自適應的酵母微納生物機器人（TBY-robot），通過生物酶與巨噬細胞“引擎”的切換，它能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。相關研究論文日前發表在國際學術期刊《科學·進展》上。

制備酵母微納生物機器人

微納生物機器人是能夠將周圍環境中的化學能或物理刺激轉化為自身動能的小型化智能化生物裝置。其具有在現有醫療器械難以企及的微觀領域進行自驅運動和導航的能力，有望實現疾病的精準診療。

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。“我們的研究初衷是開發一款自適應的微納生物機器人，能夠適應體內微環境的變化，從而能夠克服多重生理屏障進行遠程遞藥和治療。”論文共同通訊作者潘宏說。

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。”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。”潘宏說。

該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。

提高炎癥部位藥物富集量

驗證表明，該酵母微納生物機器人經過口服后，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，精準地將藥物遞送到遠程炎癥部位。

派爾氏結類似于“中轉站”。簡言之，該機器人通過在“中轉站”切換不同的交通工具，將藥物精準地遞送到炎癥區域。

論文通訊作者蔡林濤介紹，在小鼠結腸炎模型和胃炎模型中的結果顯示，該機器人能夠使炎癥部位的藥物富集提高約1000倍，極大地降低了炎癥反應并緩解了疾病的癥狀。這意味著它能夠通過EMS（郵政特快專遞服務）策略，將更多的藥物主動靶向遞送到炎癥病灶。

“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地遞送到炎癥病灶。”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。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思路。該團隊目前已申請相關發明專利5項，并將進一步擴大“雙引擎”酵母機器人的應用范圍。