基于红细胞构建的非手性微马达实现高效靶向药物递送

本研究针对传统合成微马达生物相容性差的问题，创新性地利用红细胞(RBC)构建非手性生物混合微马达。通过生物素-链霉亲和素自组装形成二/三细胞结构，结合磁性微珠实现旋转磁场驱动，在牛顿流体和粘弹性流体中均展现显著提升的运动效率。负载阿霉素(DOX-HCl)后成功在微流控腔室中完成肿瘤细胞的靶向治疗，为精准药物递送提供了新策略。

　　

在生物医学工程领域，如何实现药物的精准靶向递送一直是重大挑战。传统合成微马达虽能实现主动运动，但存在生物相容性差、免疫原性高等缺陷。红细胞(RBC)因其天然的长循环周期(120天)、优异变形性和免疫逃逸特性，被视为理想的生物载体，但其对称形态和小尺寸限制了可控驱动效率。

美国国家高磁场实验室(National High Magnetic Field Laboratory)的Qi Wang团队在《Journal of Biological Engineering》发表研究，提出创新解决方案：通过生物素-链霉亲和素(biotin-streptavidin)结合将红细胞组装成非手性二/三细胞结构，并连接磁性微珠形成"红细胞非手性微马达"。这种设计在10mT旋转磁场驱动下，较单细胞微马达速度提升显著，特别是在模拟肿瘤微环境的0.5%甲基纤维素(MC)粘弹性流体中，三细胞结构微马达的推进效率达到峰值。研究进一步证明该体系可高效负载阿霉素(DOX-HCl)，并通过磁导航在微流控腔室中实现乳腺癌细胞(MDA-MB-231)的精准杀伤，死细胞比例显著高于自由药物组。

关键技术包括：(1)生物素化红细胞与链霉亲和素磁珠的自组装；(2)旋转磁场驱动系统(MFG-100-i)；(3)低渗法载药技术；(4)微流控肿瘤模型构建；(5)活死细胞染色评估(Calcein AM/BOBO-3 iodide)。实验使用牛全血来源红细胞和人源癌细胞系。

【RBC非手性微马达的流体运动】
三细胞微马达在4Hz磁场下达到最大推进效率(0.25 body lengths/s)，比单细胞结构快3倍。其90°-150°弧形构型产生的流体阻力不对称性是实现高效推进的关键。在模拟血管内皮的0.5% MC溶液中，三细胞结构仍保持0.3 body lengths/s的速度，证实其病理环境适用性。

【生物相容性验证】
溶血实验显示微马达浓度达120μL/mL时溶血率仍<2%。MTT实验证实与HEK-293细胞共培养72小时后存活率>95%，链霉亲和素磁珠(10μL/mL)也无明显毒性。

【药物负载与释放】
采用低渗法(186mOsm/kg)成功封装不同分子量FITC-葡聚糖(3k-40kDa)，其中40kDa大分子在2小时内仅释放20%。阿霉素负载实验通过共聚焦显微镜确认细胞内分布。

【靶向治疗验证】
在微流控腔室中，DOX-HCl负载微马达在30分钟磁场导航后，48小时培养使癌细胞死亡率显著高于自由药物组(p<0.001)，局部药物浓度估算达0.11μM。

该研究突破性地将红细胞天然特性与人工驱动系统结合，三细胞构型产生的几何不对称性克服了低雷诺数环境下的运动限制。相比前人工作，该设计避免使用声场辅助(可能引起脱靶效应)，仅需单一均匀磁场即可实现双模式运动(体相游泳/界面滚动)。在转化医学层面，该平台兼具生物可降解性和精确磁控能力，为肿瘤局部高浓度给药、减少全身毒性提供了新思路。未来通过优化磁场参数和细胞组装精度，有望实现更复杂的体内导航应用。