[技术前沿]可直达肿瘤的微型机器人

治疗肺转移的微型机器人 

肿瘤转移到肺部是癌症治疗领域的一个巨大挑战。在已转移的恶性肿瘤确诊患者中，有20%~54%发生了肺转移。全身化疗是治疗肺转移的常用方法，但这种方法却往往效果不佳。这是因为肺部具有靶向性问题，并且还有蓄积性差的问题，难以聚集足够高的浓度来杀死肿瘤。因此，直至今日，我们仍然没有有效的、专门针对肺转移的治疗方法。

近年来，纳米技术已经为改善转移性恶性肿瘤的治疗做出了贡献。但是，纳米颗粒在给药方面面临各种挑战，这些挑战通常会导致传统的纳米制剂在转移部位的蓄积效率低下。

在一项新的研究中，一个研究团队展示了一种微型机器人，可以利用可移动的藻类将载有化疗药物的纳米颗粒输送到肺部，进而解决肺转移的挑战。研究结果被发表在近期的《科学进展》杂志上。

绿色微藻的精准给药  

通常，合成微型机器人是由刚性的金属或聚合物结构制成的。它们难以制造，而且无法进入许多器官和组织。对人类来说，它们甚至有可能是有毒的。

在过去的5年里，研究人员一直致力于使用微藻用于生物混合微型机器人的研发。他们相信微藻有望克服上述的问题：首先，微藻可以通过一种叫做鞭毛的毛发状附属丝自主移动，推动自身通过肺等器官。此外，与其他微生物相比，微藻的毒性较小，而且更价格低廉、更容易生产。

微小的绿藻可以在身体里游动。（图/CSIRO/Wikimedia Commons, CC BY-SA）

新研究所研发的微型机器人被称为藻类-NP(DOX)机器人，这种机器人由常被用于制药的天然绿藻——莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）构成，这些绿藻与涂有红细胞膜的纳米颗粒结合在一起，而纳米颗粒中包含着一种名为阿霉素的常见化疗药物。

微藻的长时间游动可以促进化疗药物在整个肺部的有效分布。红细胞膜可以充当一种天然的“伪装”，它可以增强微型机器人的生物相容性，并防止其受到免疫系统的攻击。

由微藻和红细胞膜构成的微型机器人，可以移动到肺部深处难以企及的肿瘤。（图/From Zhang et al., Sci. Adv. 10, eadn6157 (2024), CC BY-NC）

为了测试了这些基于微藻的微型机器人，研究人员在肺转移的小鼠身上进行了实验。通过气管注射，这些基于微藻的微型机器人进入了小鼠肺部，并将对其他器官的副作用降到了最低。

一旦进入肺部，这些微型机器人就可以开始游动，并将药物迅速分发到肺部组织中。而且它们还可以避免被肺部的免疫细胞破坏，使药物逐渐地从纳米颗粒中被释放。与不能自行移动的自由药物和静态的载药纳米颗粒相比，这些微藻微型机器人能改善药物的浓度水平，并延长药物在肺部停留的时间。

研究结果表明，这些微型机器人通过更有效地向已病变的肺部组织输送化疗药物，导致肺部肿瘤缩小，延长了小鼠的存活期，显著改善了治疗效果。利用这种基于微藻的微型机器人治疗的小鼠，它们的中位生存时间提高了40%，从27天延长到了37天。

最终，这些微型机器人会被免疫细胞分解成无毒的成分，如氨基酸和糖，导致微型机器人从体内完全清除。

生物工程的癌症治疗  

这种生物混合微型机器人为将药物输送到肺部治疗肺部疾病提供了一种强有力的方法。在此之前，研究人员已经使用这些绿藻微型机器人治疗了急性肺部肺炎。现在他们专注于治疗其他具有挑战性的肺部相关疾病，如囊性纤维化和特发性肺纤维化。

与此同时，他们还在研究一种更有效、更无创地输送这些生物混合微型机器人的方法。他们希望能够获取更强的运动控制，以进一步提升药物在目标部位的蓄积。

研究人员表示，将这些新的生物混合微型机器人应用于临床还需要等待一段时间。但是总的来说，将活的微藻与细胞膜包裹的纳米颗粒结合起来递送药物的方法，将有助于为生物工程癌症治疗奠定基础。

#创作团队：

原作：Zhengxing Li（美国加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程学博士）

#参考来源：

https://theconversation.com/microrobots-made-of-algae-carry-chemo-directly-to-lung-tumors-improving-cancer-treatment-232136

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn6157