AIEgen 细菌杂交仿生机器人：开启肿瘤多模态光诊疗与免疫治疗新征程

为解决传统光疗光敏剂存在的单机制、穿透差等问题，研究人员开展了 AIEgen 细菌杂交仿生机器人（EcN@INX-2）用于肿瘤多模态光诊疗和免疫治疗的研究。结果显示该仿生机器人能实现体内多模态成像与治疗，意义重大。

　　癌症，这个可怕的 “杀手”，严重威胁着人类的健康，是全球主要的死亡原因之一。传统的手术、化疗和放疗等治疗方式，就像带着镣铐跳舞，在疗效、副作用和患者预后方面困难重重。因此，人们急切地渴望更有效的癌症治疗方法。光疗，作为一种新兴的非侵入性治疗手段，如同黑暗中的一丝曙光，它精准地作用于受照射区域，对健康组织的影响极小，完美契合了精准医学的理念。近年来，光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）备受瞩目，它们有望突破传统治疗的诸多限制。PDT 和 PTT 的协同作用更是潜力巨大，PTT 产生的热效应能增加氧气供应，进而提升 PDT 的治疗效果。然而，传统的基于单一光敏剂的治疗方法却存在诸多 “短板”。比如，它们往往只有单一的光敏机制，就像只有一种武器的战士，在对抗狡猾的癌细胞时显得力不从心；肿瘤的穿透性和滞留性差，使得药物难以精准地抵达癌细胞所在之处；而且还需要多次照射，这不仅增加了患者的痛苦，也限制了治疗的效果。

为了攻克这些难题，广州医科大学等研究机构的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们将聚集诱导发光（AIE）的理念引入到细菌治疗中，构建了一种 AIEgen 细菌杂交仿生机器人（EcN@INX-2），用于肿瘤的多模态光诊疗和免疫治疗。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为癌症治疗领域带来了新的希望。

研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在分子设计与合成方面，精心选择合适的原料制备出具有特定功能的化合物 INX-2，并借助核磁共振（NMR）和高分辨率质谱（HRMS）等手段对其进行结构确认。通过多种光谱技术，如 UV-Vis 吸收光谱、光致发光（PL）光谱等，对化合物的光学性质进行深入研究。利用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）计算，从理论层面探究 INX-2 的光物理性质和产生活性氧（ROS）的能力。在细胞和动物实验方面，采用细胞活力检测（如 MTT 法）、免疫荧光成像、3D 肿瘤球模型等技术，评估仿生机器人的体外抗肿瘤效果；构建小鼠肿瘤模型，运用体内多模态成像技术（包括近红外荧光成像、光声成像、光热成像），观察仿生机器人在体内的分布、积累和治疗效果，同时利用流式细胞术分析免疫细胞的变化情况。

研究结果

1. 分子设计、合成和表征：研究人员巧妙地合成了 INX-1 和 INX-2，通过调整分子结构，使 INX-2 具备 AIE 特性、近红外吸收、NIR-II 发射以及显著的光热和光声性质。INX-2 在溶液中的荧光随着甲苯比例增加而增强，展现出良好的 AIE 特性。其光热转换效率高达 46.26%，在 735nm 处有强的光声信号。理论计算和实验验证表明，INX-2 主要产生 I 型 ROS，在治疗实体瘤方面具有明显优势。
2. AIEgen 细菌杂交仿生机器人：以益生菌 EcN 作为 INX-2 的载体，构建了 EcN@INX-2 仿生机器人。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像显示 INX-2 成功定位于细菌胞质和表面。EcN@INX-2 具有稳定的结合能力，且在与细菌结合后，虽然 ROS 释放和光热性能略有下降，但整体的光热效应仍能维持。同时，INX-2 在激光照射下对细菌具有抗菌作用。
3. AIEgen 细菌杂交仿生机器人的体外评估：基于 INX-2 良好的光动力和光热性能，EcN@INX-2 在体外对 CT26 细胞表现出显著的细胞毒性，且能诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD）。在 3D 肿瘤球模型中，EcN@INX-2 能够穿透到肿瘤球内部，有效清除缺氧区域的癌细胞，而游离的 INX-2 主要作用于肿瘤球表面。
4. EcN 的体内生物分布：对 EcN 在雌性小鼠 CT26 皮下肿瘤模型中的体内生物分布进行长期观察，发现 EcN 能够选择性地在肿瘤区域积累和增殖，而在其他器官中的细菌数量逐渐减少并最终被免疫系统清除。
5. 体内肿瘤的多模态成像：构建 CT26 肿瘤雌性小鼠模型，通过近红外荧光成像（NIR-I 和 NIR-II）、光热成像和光声成像技术，证实 EcN@INX-2 能够精准地在肿瘤部位积累和滞留，实现多模态成像，为肿瘤的精准治疗提供了有力支持。
6. 体内肿瘤的光疗评估：在体内实验中，EcN@INX-2 + L 组对肿瘤生长的抑制效果显著，与其他组相比，该组肿瘤体积和重量明显减小。H&E 染色、TUNEL 检测和 Ki-67 抗体染色进一步证实了其强大的抗肿瘤效果。
7. 体内肿瘤的光免疫治疗：研究发现，EcN@INX-2 + L 组能够有效激活树突状细胞（DCs），促进辅助性 T 细胞（CD3⁺CD4⁺ T 细胞）和细胞毒性 T 淋巴细胞（CD3⁺CD8⁺ T 细胞）的增殖和活化，显著增强抗肿瘤免疫反应。同时，该组肿瘤组织中 ICD 的代表性生物标志物 HMGB1 和 ecto-CRT 的表达发生明显变化，进一步证明了其对肿瘤免疫治疗的促进作用。
8. 蛋白质组学分析：通过对 CT26 肿瘤组织的蛋白质组学分析，发现 EcN@INX-2 + L 组与对照组相比，有 1316 种蛋白质表达差异显著。GO 分析表明，该组中与刺激反应、炎症反应、免疫系统和抗氧化活性相关的蛋白质显著上调，这表明 EcN@INX-2 + L 能够激活多种免疫过程，从而增强抗肿瘤免疫力。
9. EcN@INX-2 的体内系统毒性评估：对接受不同处理的雌性小鼠进行系统毒性评估，结果显示小鼠的体重、肝功能、肾功能、血液学参数以及 C 反应蛋白（CRP）水平均无明显异常，主要器官的 H&E 染色也未发现明显损伤或炎症，表明 EcN@INX-2 + L 具有良好的生物安全性。

研究结论与讨论

这项研究成功构建了 AIEgen 细菌杂交仿生机器人 EcN@INX-2，它结合了 AIEgen 的多模态成像和光治疗特性以及 EcN 的肿瘤靶向能力，在体内实现了对肿瘤的精准定位、多模态成像和高效治疗，同时激活了抗肿瘤免疫反应。这一成果为肿瘤治疗提供了一种全新的策略，有望推动癌症治疗领域的发展。然而，目前的研究仍存在一定的局限性，例如使用的皮下肿瘤小鼠模型不能完全模拟人类癌症的复杂微环境，NIR 光在皮下模型中的穿透深度与临床实际情况存在差异等。未来的研究需要采用更复杂的动物模型和先进的检测技术，进一步优化细菌修饰策略，系统评估给药途径、肿瘤内细菌分布机制、细菌修饰的剂量和频率以及安全性等问题，以实现该研究成果从实验室到临床应用的转化，为癌症患者带来更多的希望。