美國加州理工學(xué)院科學(xué)家創(chuàng)造出一種酶驅(qū)動(dòng)的微氣泡機(jī)器人，能夠?qū)Ш街聊[瘤處，攜帶抗癌藥物并利用超聲波按需釋放藥物。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了微型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和制造方式，同時(shí)保持了強(qiáng)大的靶向能力和治療效果。相關(guān)研究發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》。

讓微氣泡機(jī)器人成為現(xiàn)實(shí)

長期以來，微機(jī)器人都被寄予了在人體內(nèi)精確遞送藥物的厚望，但如何讓它們投入實(shí)際應(yīng)用仍很困難。許多微機(jī)器人的設(shè)計(jì)復(fù)雜，制造成本高昂，一旦進(jìn)入活體組織便難以控制。

加州理工學(xué)院和南加州大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出一種新微型機(jī)器人，旨在通過將設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為最簡(jiǎn)單的形式：一個(gè)氣泡來解決這些問題。

與之前依賴3D打印、水凝膠外殼和潔凈室制造的微型機(jī)器人不同，這種新型機(jī)器人完全由蛋白質(zhì)外殼包裹的微氣泡制成。這些微氣泡已被廣泛用于醫(yī)學(xué)成像且具有生物相容性。利用超聲攪拌，團(tuán)隊(duì)可以快速且低成本地生產(chǎn)數(shù)千個(gè)相同的微氣泡。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的第一個(gè)版本包括磁性納米粒子，允許研究人員利用外部磁場(chǎng)引導(dǎo)氣泡朝向目標(biāo)，并利用超聲成像進(jìn)行追蹤；第二個(gè)版本是完全自主的，通過添加另一種酶（過氧化氫酶），微氣泡機(jī)器人可以對(duì)在腫瘤和炎癥組織中濃度更高的過氧化氫作出反應(yīng)。這使氣泡無需成像或外部控制即可向腫瘤移動(dòng)。

自己動(dòng)手的微氣泡機(jī)器人

運(yùn)動(dòng)來自于附著在氣泡表面的尿素酶。尿素酶與體內(nèi)自然存在的廢物尿素反應(yīng)，產(chǎn)生氨和二氧化碳。由于酶分布不均勻，化學(xué)副產(chǎn)物在氣泡的一側(cè)積累更多，從而產(chǎn)生推力推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。

研究人員對(duì)表面胺基進(jìn)行了化學(xué)修飾，以附著酶、藥物和納米粒子，從而制造出能夠運(yùn)動(dòng)、感知環(huán)境并進(jìn)行治療的微型機(jī)器人。

爆破以釋放藥物

一旦氣泡機(jī)器人到達(dá)腫瘤，聚焦超聲波就會(huì)將其爆破。突然的崩塌釋放了藥物，并機(jī)械性地增強(qiáng)了藥物在腫瘤內(nèi)的滲透。在針對(duì)膀胱癌的小鼠實(shí)驗(yàn)中，使用這種方法21天后，與單獨(dú)使用藥物治療的動(dòng)物相比，腫瘤重量減少了約60%。

研究人員表示，這一微氣泡機(jī)器人平臺(tái)很簡(jiǎn)單，但它集成了治療所需的條件：生物相容性、可控運(yùn)動(dòng)、成像引導(dǎo)和幫助藥物更深穿透腫瘤的按需觸發(fā)。

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