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細(xì)菌會(huì)被化學(xué)梯度吸引，如低氧水平或高酸度環(huán)境，這在腫瘤組織附近很常見(jiàn)。在腫瘤組織附近注射細(xì)菌來(lái)治療癌癥被稱為細(xì)菌介導(dǎo)的腫瘤治療。細(xì)菌會(huì)在腫瘤組織中富集生長(zhǎng)，從而激活患者的免疫系統(tǒng)對(duì)抗腫瘤。
早在20世紀(jì)末的100多年前，美國(guó)外科醫(yī)生威廉柯利（William Coley）就發(fā)現(xiàn)細(xì)菌感染可以導(dǎo)致腫瘤消退，并利用滅活的細(xì)菌對(duì)抗惡性腫瘤，這也是人類(lèi)第一次癌癥免疫治療。
大腸桿菌是一種多功能細(xì)菌，可以快速游動(dòng)，可以在從液體到高粘性組織的各種物質(zhì)中導(dǎo)航，并且它們還具有高度靈敏的傳感能力。在過(guò)去的幾十年里，科學(xué)家們一直在尋找進(jìn)一步提高大腸桿菌能力的方法，希望通過(guò)給它們配備額外的成分來(lái)幫助它們對(duì)抗癌細(xì)胞。
最近，德國(guó)馬普智能系統(tǒng)研究所（MPI-IS）的研究人員發(fā)表了一篇研究論文，題為：在科學(xué)進(jìn)展，磁可控細(xì)菌機(jī)器人在3D生物基質(zhì)中移動(dòng)，用于刺激響應(yīng)的貨物運(yùn)輸。
這項(xiàng)研究將機(jī)器人技術(shù)與生物學(xué)相結(jié)合，為大腸桿菌組裝人工組件，構(gòu)建可攜帶藥物分子的移動(dòng)生物融合微型機(jī)器人。它可以在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下導(dǎo)航3D生物材料，并向腫瘤輸送抗癌藥物。
該研究的通訊作者梅廷斯蒂博士表示，基于具有醫(yī)療功能的細(xì)菌的生物融合微型機(jī)器人有一天可以更有效地對(duì)抗癌癥，這代表了一種離我們目前的癌癥治療不遠(yuǎn)的新方法。醫(yī)用微型機(jī)器人在發(fā)現(xiàn)和破壞腫瘤細(xì)胞方面的作用可能是巨大的。這項(xiàng)研究也是基礎(chǔ)科學(xué)研究造福社會(huì)的一個(gè)好例子。
融合微機(jī)器人（Fusion micro-robot）是一種將活體微生物（如細(xì)菌或藻類(lèi)）與人工部件（如納米載體）相結(jié)合，形成內(nèi)部推進(jìn)、傳感和靶向機(jī)制的自功能微機(jī)器人。在不同類(lèi)型的微型機(jī)器人中，細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的生物融合微型機(jī)器人脫穎而出，成為醫(yī)用微型機(jī)器人的理想候選。
但在實(shí)踐中，給細(xì)菌添加人工成分并不容易，這涉及到復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。大多數(shù)用于設(shè)計(jì)生物融合微型機(jī)器人的技術(shù)也可能對(duì)細(xì)菌本身產(chǎn)生不利影響，也可能干擾細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)或改變其蛋白質(zhì)表達(dá)。目前細(xì)菌生物融合的設(shè)計(jì)缺乏高通量、易于構(gòu)建的人工部件，因此構(gòu)建的細(xì)菌融合微型機(jī)器人在推進(jìn)、有效載荷、組織穿透、時(shí)空操作等方面往往表現(xiàn)不佳。
在這項(xiàng)最新的研究中，研究小組首先將納米脂質(zhì)體附著在大腸桿菌上，其中封裝了水溶性化療藥物阿霉素（DOX）。吲哚菁綠（ICG）也包埋在這些納米脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中。ICG是一種醫(yī)用熒光燃料，在近紅外光的照射下會(huì)熔化。因此，這是一種具有光熱活性的脂質(zhì)體質(zhì)粒。包埋在納米脂質(zhì)體脂質(zhì)雙層中的ICG在吸收近紅外光（NIR）后，會(huì)熔化并導(dǎo)致脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)變化和脂質(zhì)體中所載治療藥物的釋放。
研究小組還將磁性納米粒子（氧化鐵納米粒子）附著在細(xì)菌上。在磁場(chǎng)的作用下，這些氧化鐵納米顆?？梢钥刂坪椭拼竽c桿菌的運(yùn)動(dòng)。這些納米脂質(zhì)體和磁性納米顆粒通過(guò)難以被破壞的鏈霉親和素和生物素復(fù)合物與細(xì)菌連接。
接下來(lái)，在體外實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了這種細(xì)菌生物融合微型機(jī)器人可以通過(guò)磁場(chǎng)精確導(dǎo)航，并向腫瘤釋放化療藥物。
接下來(lái)，研究小組進(jìn)一步在粘性膠原蛋白凝膠（類(lèi)似于腫瘤組織）中進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些細(xì)菌生物融合微機(jī)器人在磁場(chǎng)的作用下，可以穿越不同硬度和孔隙率的膠原凝膠。這表明這些微型機(jī)器人可以在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，在有限且多孔的生物微環(huán)境中滲透和移動(dòng)。
一旦這些微型機(jī)器人聚集在腫瘤上，它們就會(huì)受到近紅外光（NIR）的照射，從而觸發(fā)納米脂質(zhì)體的融化過(guò)程，釋放出它們攜帶的化療藥物。腫瘤本身附近pH值較低的酸性環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致納米脂質(zhì)體破裂，因此藥物會(huì)在腫瘤附近自動(dòng)釋放。
想象一下，把這種基于細(xì)菌的微型機(jī)器人注射到癌癥患者體內(nèi)。在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，可以說(shuō)這些微型機(jī)器人導(dǎo)航到了腫瘤。一旦有足夠多的微型機(jī)器人包圍腫瘤，它們就可以開(kāi)始近紅外光照射，并觸發(fā)化療藥物的釋放。這不僅可以喚醒免疫系統(tǒng)，還可以通過(guò)釋放化療藥物來(lái)幫助摧毀腫瘤。這種給藥方式微創(chuàng)、無(wú)痛、對(duì)患者毒性最小，藥物會(huì)在腫瘤內(nèi)發(fā)揮作用，避免了對(duì)身體其他部位的傷害。
總之，最新研發(fā)的細(xì)菌生物融合微型機(jī)器人優(yōu)于之前報(bào)道的基于大腸桿菌的微型機(jī)器人。它保留了大腸桿菌本身的運(yùn)動(dòng)能力，還表現(xiàn)出在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下通過(guò)生物材料在腫瘤內(nèi)導(dǎo)航和定殖的能力，然后可以根據(jù)需要釋放裝載的抗癌藥物。
總的來(lái)說(shuō)，這里介紹的細(xì)菌生物雜交的設(shè)計(jì)為多功能醫(yī)用微型機(jī)器人提供了一個(gè)系統(tǒng)化、高通量的平臺(tái)，能夠克服生物屏障，響應(yīng)刺激主動(dòng)釋放治療藥物。