微型藻類微型機(jī)器人可以改變肺癌治療

腫瘤傳播到肺部，或肺轉(zhuǎn)移，在領(lǐng)域中構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)癌癥治療。

常規(guī)化療經(jīng)常達(dá)不到要求因為它效率低下。它不直接靶向肺部，而是以足夠高的濃度積累以殺死腫瘤。

我的同事和我從王實驗室和張研究組在加州大學(xué)圣地亞哥分校，在過去的五年里一直在開發(fā)生物混合微型機(jī)器人，由天然和合成材料制成的微小物體，可用于醫(yī)學(xué)。

在我們新發(fā)表的研究中，我們做了一個基于綠色微藻的生物混合微型機(jī)器人可以將化療直接輸送到肺部并治療肺轉(zhuǎn)移。

藻類藥物遞送

合成微型機(jī)器人通常由難以制造的剛性金屬或聚合物結(jié)構(gòu)制成。它們無法進(jìn)入某些器官和組織，并且可能對人類有毒。

微藻克服了這些問題。首先，微藻可以自主移動通過使用稱為鞭毛的毛發(fā)狀附屬物來推動自己通過肺部等器官。他們是毒性較小與其他微生物相比。他們也是更便宜，更容易生產(chǎn).

我們的生物混合微型機(jī)器人 – 稱為藻類-NP（DOX）-機(jī)器人– 結(jié)合了制藥中常用的微觀、活的綠色微藻，萊茵衣藻 Chlamydomonas reinhardtii，納米顆粒涂有紅細(xì)胞膜。

細(xì)胞膜作為一種天然的“偽裝”，以增強(qiáng)微型機(jī)器人的生物相容性，并防止其受到患者免疫系統(tǒng)的攻擊。納米顆粒內(nèi)有一種常見的化療藥物，稱為多柔比星。

我們在有肺轉(zhuǎn)移的小鼠中測試了基于藻類的微型機(jī)器人。通過氣管施用這些基于藻類的微型機(jī)器人，我們可以將藥物直接輸送到肺部，并最大限度地減少對其他器官的副作用。

一旦進(jìn)入肺部，我們基于藻類的微型機(jī)器人就可以游泳并將藥物分布在肺組織中。它還可以逃避肺部免疫細(xì)胞的破壞，使藥物逐漸從納米顆粒中釋放出來。

與不能自行移動的游離藥物和靜態(tài)藥物負(fù)載納米顆粒相比，我們的生物混合微型機(jī)器人積累的濃度更高，在肺部的保留時間更長。

通過更有效地向患病的肺組織提供化療，我們的生物混合微型機(jī)器人通過縮小肺部腫瘤和延長治療小鼠的存活率來顯著改善治療結(jié)果。

用我們的藻類微型機(jī)器人治療的小鼠的中位存活時間增加了 40%，將存活期從 27 天延長到 37 天。

免疫細(xì)胞最終將微型機(jī)器人分解成無毒的成分，并將它們完全從體內(nèi)清除。

生物工程治療

我們的研究結(jié)果表明，生物混合微型機(jī)器人提供了一種強(qiáng)大的方法，可以將藥物輸送到肺部以治療肺部疾病。

我們之前使用我們的綠色微藻微型機(jī)器人平臺來治療急性肺肺炎.我們現(xiàn)在專注于治療其他具有挑戰(zhàn)性的肺部相關(guān)疾病，例如囊性纖維化和特發(fā)性肺纖維化。

我們還在努力建立一種更有效、無創(chuàng)地交付我們的生物混合微型機(jī)器人的方法。集成其他運(yùn)動控制策略，例如磁導(dǎo)或超聲波捕獲，可以增強(qiáng)體內(nèi)特定靶點(diǎn)的藥物積累。

我們的生物混合微型機(jī)器人還需要一段時間才能出現(xiàn)在臨床上。但總的來說，將活微藻與細(xì)胞膜涂層的納米顆粒相結(jié)合來遞送藥物可以幫助為生物工程癌癥治療奠定基礎(chǔ)。

李正興，材料科學(xué)與工程博士候選人，加州大學(xué)圣地亞哥分校

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