大多数癌症纳米药物旨在提高抗癌药物的递送效率,但其治疗效果仍主要依赖于所载药物的药理学作用[1], [2], [3], [4], [5], [6]。进入细胞后,这些纳米载体通常通过被动扩散或对细胞内刺激(如pH变化、酶或氧化还原条件)的响应来释放药物[7], [8]。虽然这些方法可以增强药物在肿瘤部位的蓄积,但并未从根本上改变癌细胞被清除的方式[9], [10]。因此,治疗 efficacy 仍可能受到常见耐药机制的限制,包括药物外排、代谢灭活、DNA修复增强和凋亡失调[11]。这一挑战在耐药肿瘤中尤为明显,仅仅增加细胞内药物浓度往往无法取得令人满意的治疗效果。因此,开发能够引入额外非化学模式的纳米治疗系统,可能提供一种克服这些局限性的有前景的策略[12], [13]。
机械损伤代表了一种与传统化疗截然不同的治疗方式[14], [15], [16], [17]。机械力不依赖于药物与细胞靶标之间的生化相互作用,而是可以直接破坏细胞膜、细胞器以及细胞骨架网络,导致细胞功能丧失和活力下降[18], [19]。在各种物理治疗策略中,磁机械疗法因其能够将外部磁场转化为旋转运动、扭矩或局部机械应力而受到广泛关注[15], [20], [21]。这一特性使得治疗激活的远程非侵入性控制成为可能[22], [23], [24]。近期研究进一步扩展了磁性纳米机器人的功能,包括反馈调节的群体超热疗法、在密集生物介质中的稳定导航,以及针对肌动蛋白的肿瘤机械微环境调节[25], [26], [27]。总体而言,这些系统强调了集体导航、环境鲁棒性或靶向机械调节,而实现有效的细胞内磁机械治疗仍然具有挑战性[28], [29]。磁性驱动器不仅需要进入靶细胞,还必须在复杂的细胞内环境中保持足够的活性和响应性[30], [31]。此外,它们需要在能够有效诱导细胞损伤的位置产生机械力[32], [33]。许多已报道的系统依赖于细胞摄取后的颗粒聚集或组装来增强机械效应,但这些过程往往难以调控[34], [35], [36]。因此,在许多情况下,细胞内定位、磁运动和 therapeutic performance 之间的联系仍不清晰[37], [38]。这些挑战凸显了对能够将精确细胞内定位与可控磁驱动集成的纳米机器人平台的需求,而这种能力目前仍难以实现[28]。
在此,我们开发了一种同源膜伪装的磁性纳米机器人(HMMN),用于在空间上协调细胞内磁驱动与氧化还原响应的化学治疗,以治疗乳腺癌(图1)。该纳米机器人具有二硫键桥接的介孔有机硅纳米螺旋线,修饰有Fe3O4纳米颗粒,并包裹有天然MCF-7癌细胞膜壳。该设计允许膜伪装层在场激活之前将磁性纳米机器人定位于同源癌细胞内部。在暴露于温和旋转磁场时,内化的纳米机器人将磁扭矩转化为局部细胞内运动,在与谷胱甘肽触发的框架降解释放阿霉素的同一细胞空间内产生机械扰动。通过这种空间耦合,机械损伤与化学治疗被设计为协同作用,而非独立的治疗过程。我们证明,这一仿生纳米机器人平台能够实现选择性细胞内定位、可控磁驱动以及化学-机械肿瘤抑制,从而将细胞内驱动器定位确立为局部磁性纳米治疗的策略。