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一款可通過光合作用靶向治療腫瘤的微納機器人

微納機器人指的是尺度介于微納米級別，可以對微納空間進行精細操作的機器人。由于其具有靈活運動、精確靶向、藥物運輸等能力，在疾病診斷治療、靶向遞送、無創手術等生物醫學領域具有廣闊的應用前景。然而現階段針對微納機器人的有關研究大多聚焦在體外，在體內治療應用的更多預期功能仍然具有極大的挑戰性。浙江大學醫學院附屬第二醫院/轉化醫學研究院周民研究員團隊研制出一款微納機器人，通過以微藻作為活體支架，“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境并有效實現磁共振/熒光/光聲三模態醫學影像導航下的腫瘤診斷與治療。這項研究被刊登在材料領域著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials），并被遴選為當期封面。論文的第一作者是浙江大學轉化醫學研究院交叉學科直博生鐘丹妮，論文通訊作者為周民研究員。光合作用解決供氧不足在腫瘤治療中，為何需要微納機器人靶向提供氧氣呢？這是因為腫瘤細胞在快速增殖中消耗了大量的氧氣，導致腫瘤組織內部存在缺氧微環境，這成為眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的重要原因之一。一般臨床腫瘤治療采用的放療和光動力治療中，患者通過高壓氧倉吸氧來解決腫瘤內部氧氣不足的問題。但這種方法往往收效甚微，并不能達到靶向供氧到腫瘤部位，難以提高腫瘤治療效果。螺旋藻，一種生活中常見的微藻，作為水生植物能夠通過光合作用產生氧氣。那么如何將該微藻送進腫瘤？課題組提出將超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒通過浸涂工藝，均勻涂層至微藻表面。磁性工程化的微藻能夠在外部磁場控制下，能夠定向運動至腫瘤。磁性工程化螺旋藻，在磁鐵控制下能定向移動 “研究的創新性在于無機和有機的微納體，選擇性把藥物輸送到腫瘤缺氧部位。”周民介紹，他們所研制的微納機器人是一種光合生物雜交體系統，這個系統既保持了微藻高效的產氧活性，還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅能力。微納機器人通過光合作用提高腫瘤氧氣濃度在具體治療中，通過體外交變磁場將微納機器人靶向運送并積累至腫瘤，通過體外光照，由光合作用原位產生氧氣來減輕腫瘤內部乏氧程度，從而提高放射療法的效率。“在小鼠的原位乳腺癌模型中，經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用。” 增強放療/光動力協同治療抑制腫瘤生長并可降解葉綠素一面照出腫瘤變化的鏡子光合生物雜交微納泳體系統不僅對于放療具有積極作用，在經過射線處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑，進而產生具有細胞毒性的活性氧來殺死腫瘤細胞，實現協同光動力治療。“正常的光動力治療需要氧氣和活性氧才能順利開展，目前的微納機器人能夠很好地解決這兩個需求。” 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，可以無創性地監測腫瘤治療情況和腫瘤微環境變化。“藥物遇到熒光，就能夠表達出來。葉綠素是一面鏡子能夠找出來它。” 基于葉綠素的治療及成像功能

浙江大學 2021-04-10

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