源自硅藻的磁性生物混合微型机器人，用于胶质母细胞瘤的光动力治疗

《Bio-Design and Manufacturing》：Diatom-derived magnetic biohybrid microrobots for photodynamic therapy in glioblastoma

硅藻经改造为携带叶绿素的生物混合微型机器人（Mag-Diatoms），利用AI算法实现自主运动和光动力疗法（PDT）靶向治疗脑胶质瘤（GBM），体外实验显示联合治疗使细胞存活率降至3.6%-19.5%，体内模型证实可有效抑制GBM进展。

　　

摘要

硅藻作为多孔二氧化硅的天然来源，在生物医学应用中具有重要的潜力。生物混合微机器人也在靶向递送方面展现出前景；然而，将硅藻转化为生物混合微机器人并利用其内在特性进行癌症治疗的研究仍然有限。在本研究中，Thalassiosira weissflogii 被转化为生物混合微机器人（Mag-Diatoms），同时保留了其天然叶绿素，从而实现了无需额外药物修饰的 Mag-Diatom 介导的光动力疗法（PDT）。在该系统中，Mag-Diatoms 充当微机器人的角色，而其内在的叶绿素作为光敏剂，表现出优异的生物安全性。通过使用人工智能算法，Mag-Diatoms 实现了自主的闭环运动，能够沿预设轨迹进行控制导航。此外，Mag-Diatoms 还具备穿过狭窄缝隙并在细胞环境中靶向癌细胞的能力。通过使用人类恶性胶质母细胞瘤（GBM）细胞系和患者来源的原代细胞，在体外验证了 PDT 的效果。研究结果表明，细胞存活率与 Mag-Diatom 浓度、激光强度和照射时间密切相关。在 Mag-Diatoms 与激光联合治疗下，原代细胞的存活率降至 19.5%，细胞系模型的存活率降至 3.6%。进一步的小鼠胶质瘤模型体内实验表明，Mag-Diatom 介导的 PDT 有效抑制了 GBM 的进展。这些发现突显了利用硅藻衍生生物混合微机器人的潜力，它们凭借其天然特性，成为基于 PDT 的 GBM 治疗的新材料和解决方案。