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  微納機(jī)器人具有靈活運(yùn)動(dòng)、精確靶向、藥物運(yùn)輸?shù)饶芰�，在疾病診斷治療、靶向遞送、無創(chuàng)手術(shù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)階段針對(duì)微納機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的有關(guān)研究大多聚焦在體外水平，在活體水平的應(yīng)用仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。

  近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員團(tuán)隊(duì)研制出一款微納機(jī)器人，通過以微型螺旋藻作為活體模板，“穿上”磁性涂層外衣，靶向輸送至腫瘤組織，成功改善腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實(shí)現(xiàn)磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫(yī)學(xué)影像導(dǎo)航下的腫瘤診斷與治療。這項(xiàng)研究被刊登在材料領(lǐng)域著名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials），并被遴選為當(dāng)期副封面。

  腫瘤組織的微環(huán)境，尤其是腫瘤組織內(nèi)部存在的乏氧微環(huán)境，是導(dǎo)致眾多腫瘤治療方法出現(xiàn)耐受現(xiàn)象的重要原因之一。特別是在臨床上常用的放射性治療中，氧氣參與輔助電離輻射誘導(dǎo)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的損傷，促使細(xì)胞凋亡，缺氧會(huì)影響放療效果從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的耐受性。因此，如何有效減輕或逆轉(zhuǎn)腫瘤的乏氧狀態(tài)，是增強(qiáng)放射性治療效果的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

工程化螺旋藻，可通過外部磁場(chǎng)控制下能定向移動(dòng)

  本文設(shè)計(jì)的光合生物雜交微納泳體系統(tǒng)（PBNs），即將超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒（Fe?O? NPs）通過浸涂工藝，均勻涂層至光合微藻-螺旋藻（Spirulina platensis）表面，得到生物雜交的磁化微納泳體。磁性工程化的微藻能夠在外部磁場(chǎng)控制下，能夠定向運(yùn)動(dòng)至腫瘤。該體系是一種光合生物雜交體系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)既保持了微藻高效的產(chǎn)氧活性，還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅(qū)能力。

工程化螺旋藻可通過光合作用可調(diào)節(jié)腫瘤乏氧

  磁性工程化PBNs能夠在外部磁場(chǎng)控制下，靶向運(yùn)動(dòng)并積累至腫瘤，通過光合作用原位產(chǎn)生氧氣來減輕腫瘤內(nèi)部乏氧程度，從而提高放射療法（RT）的效率。同時(shí)，經(jīng)射線處理后PBNs釋放的葉綠素能作為光敏劑，在激光照射下產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧（ROS），實(shí)現(xiàn)協(xié)同光動(dòng)力治療（PDT）。此外，PBNs除了具有Fe?O?涂層帶來的優(yōu)異T2模式磁共振成像功能（MRI）外，還具有基于葉綠素的天然熒光（FLI）和光聲成像（PAI）功能，可以無創(chuàng)性地監(jiān)測(cè)腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。

腫瘤靶向、光動(dòng)力能力及成像功能

  在小鼠的原位乳腺癌模型中，經(jīng)增強(qiáng)的聯(lián)合治療展現(xiàn)了明顯的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用。在治療中，通過體外磁場(chǎng)將微納機(jī)器人靶向運(yùn)送并積累至腫瘤，通過體外光照，由光合作用原位產(chǎn)生氧氣來減輕腫瘤內(nèi)部乏氧程度，從而提高放射療法的效率。在小鼠的原位乳腺癌模型中，經(jīng)增強(qiáng)的聯(lián)合治療展現(xiàn)了明顯的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用。

增強(qiáng)放療/光動(dòng)力協(xié)同治療抑制腫瘤生長(zhǎng)并可以代謝出體外

  光合生物雜交微納泳體系統(tǒng)不僅對(duì)于放療具有積極作用，在經(jīng)過射線處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑，進(jìn)而產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧來殺死腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)協(xié)同光動(dòng)力治療。“正常的光動(dòng)力治療需要氧氣和活性氧才能順利開展，目前的微納機(jī)器人能夠很好地解決這兩個(gè)需求。” 此外，微藻中含有的大量葉綠素，也具有的天然熒光和光聲成像功能，可以無創(chuàng)性地監(jiān)測(cè)腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。更重要的是，該微納泳體本質(zhì)作為天然生物能夠在體內(nèi)得到有效降解，為生物雜化材料應(yīng)用在靶向遞送和體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)中提供了轉(zhuǎn)化前景。該微納泳體本質(zhì)作為天然生物能夠在體內(nèi)得到有效降解，為生物雜化材料應(yīng)用在靶向遞送和體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)中提供了轉(zhuǎn)化前景。

  浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員為本文通訊作者，浙江大學(xué)交叉學(xué)科直博生鐘丹妮第一作者。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910395