香港中文大学用螺旋藻制造的微型机器人——能杀死癌细胞!

【字体: 时间:2017年11月24日 来源:生物通

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  香港中文大学材料科学研究团队成功开发了一款螺旋藻磁力微型人体检测机器人。文章发表于今日出版的《Science Robotics》。

  

几十年来,生物医学工程师们一直试图制造智能给药/手术微型机器人,就像科幻电影《神奇之旅》(Fantastic Voyage)里的血管飞船一样。

现在,香港中文大学材料科学家张立(Li Zhang)团队通过磁力信号可以操纵螺旋藻在体内游走,这种生物合成机器人,将以最小副作用的方式实现定点给药和局部微手术等高难度操作,更重要的是,它和它的磁性涂层似乎还能杀死癌细胞!

螺旋藻(spirulina)是一类由单细胞或多细胞组成的丝状体,看起来像个小弹簧。


迄今为止,科学家们反复试验各种形状的人造机器,有杆状的、管状的、球状的,甚至是比一个细胞还小的笼子状的。为这些微小设备持续供能一直是项挑战,一是大多数供能燃料对人体都具有毒性,二是由于人体富含迷宫般的蛋白质和其他分子,如何控制微型机器的运动方向也是难点之一。

张博士团队巧妙地运用可以穿透人体且不会造成伤害的磁场解决了这些问题。

从这一理念出发,研究人员想设计能在体内移动的磁性元件。经过比较发现,螺旋体的快速扭转效果最好。“让我们感到惊讶的是,自然界就存在这种结构,而且它的表现十分良好,”Max Planck研究所的物理化学家Peer Fischer评价,他并没有参与这项研究。


几年前,张教授和他的团队就从海藻身上找到灵感,创造了一些具有功能的合成微机器人。这次,他们决定使用螺旋藻本身,通过工程改造使其散发荧光,以便追踪。研究人员试着在体表跟踪了这款荧光机器人后,又使用磁粒子成像(MPI)对其进行体内深层追踪。

MPI是一种常用的医学成像技术,通过探测注入血液循环中的磁性氧化铁纳米颗粒来生成三维图像。研究人员通过一步法,快速为数百万的螺旋藻“穿”上了铁氧化物((Fe3O4)纳米颗粒涂层使它们磁化。当微型机器人进入体内深层无法通过荧光跟踪时,仍可通过核磁共振继续追踪。

研究人员观察了微型机器人在大鼠胃部的活动。

意想不到的肿瘤杀伤功能

这是一款生物相容性非常高且成本低廉的人体微型机器人策略。微型机器人在体内的降解速度可根据涂层厚度进行调节。所有降解物对正常细胞不具威胁,唯一例外的是癌细胞。研究表明,体外培养的肿瘤细胞暴露于螺旋藻48小时,90%都被破坏了。进一步试验表明,螺旋藻产生了一种对癌细胞有毒的化合物。

张教授说:“这项技术还需要进行更多实验检测,比如它是否可携带药物,我们需比较其定点给药的效率是否高于口服或打针注射。目前,它还没准备好上临床,但是,也许10年之后我们就能看到现实版的科幻故事了。”

螺旋藻的保健价值:
1. 降低胆固醇
2. 调节血糖
3. 增强免疫系统
4. 保护肠胃
5. 抗肿瘤、防癌抑癌
6. 防治高脂血症
7. 抗氧化、抗衰老、抗疲劳
8. 抗辐射功能
9. 治疗贫血症

延伸阅读:未来医学:微芯片技术追踪“智能药丸”

原文检索:
Multifunctional biohybrid magnetite microrobots for imaging-guided therapy  DOI: 10.1126/scirobotics.aaq1155

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