北航：基(ji)於(yu)小(xiao)球(qiu)藻(zao)細胞的磁性(xing)復合(he)多聚體(ti)微(wei)機(ji)器(qi)人用(yong)於(yu)高(gao)效(xiao)靶(ba)向給藥

微納機(ji)器(qi)人在低雷(lei)諾(nuo)數流體中可(ke)將能量轉(zhuan)化(hua)為有效(xiao)運動(dong)，因此(ci)在生物醫學領(ling)域(yu)具有巨(ju)大的應(ying)用(yong)前景。近(jin)年來(lai)，磁(ci)性微(wei)納機(ji)器(qi)人作(zuo)為壹(yi)種(zhong)有發展前景的靶(ba)向給藥平臺而(er)受(shou)到了(le)特(te)別(bie)的關(guan)註。科(ke)研(yan)工作(zuo)者(zhe)設計了(le)不同的磁性(xing)微(wei)納機(ji)器(qi)人用(yong)於(yu)高(gao)效(xiao)遞(di)送(song)抗(kang)癌藥(yao)物至(zhi)靶(ba)向腫瘤部(bu)位(wei)並取得(de)了(le)較(jiao)好(hao)的效果(guo)。研(yan)究(jiu)發現(xian)，作(zuo)為體內給藥的平臺或載體，壹(yi)方面，微納機(ji)器(qi)人的生物相容性(xing)是(shi)至(zhi)關(guan)重要(yao)；另(ling)壹(yi)方面，微納機(ji)器(qi)人的重構對(dui)於(yu)其(qi)在復雜(za)變化環(huan)境(jing)中(zhong)高度靈活地(di)完成給(gei)藥(yao)具有重要(yao)意義。然(ran)而(er)，目(mu)前來(lai)說(shuo)，微(wei)納機(ji)器(qi)人的研究(jiu)在同時(shi)滿(man)足這(zhe)兩(liang)方面的要(yao)求(qiu)上(shang)仍具有壹(yi)定的挑(tiao)戰性。

 天(tian)然生物模(mo)板具有良(liang)好(hao)的生物相容性(xing)和(he)精(jing)致(zhi)結(jie)構(gou)的固有優(you)勢(shi)，有望為磁性微納機(ji)器(qi)人的制備(bei)提(ti)供新(xin)的機(ji)遇(yu)。小(xiao)球(qiu)藻(zao)是(shi)壹(yi)種(zhong)具有良(liang)好(hao)的生物相容性(xing)和(he)生(sheng)物降(jiang)解(jie)性的單(dan)細胞微(wei)藻(zao)。它(ta)們具有均勻的球(qiu)狀結(jie)構(gou)，直徑(jing)約(yue)為3-5μm。這(zhe)些特(te)性使它(ta)們具有作(zuo)為理想天然(ran)生(sheng)物材(cai)料用於(yu)生(sheng)物醫學領(ling)域(yu)的*性。然(ran)而(er)，由於(yu)扇貝定理的限制(zhi)，在低雷(lei)諾(nuo)數流體中采用(yong)動(dong)態(tai)磁(ci)場有效(xiao)地(di)驅動(dong)具有簡(jian)單(dan)對稱球(qiu)體(ti)形(xing)狀的單(dan)壹(yi)微(wei)球(qiu)是(shi)不(bu)可(ke)行(xing)的，這(zhe)限制(zhi)了(le)微藻(zao)細胞在微機(ji)器(qi)人領(ling)域(yu)的應(ying)用(yong)潛力。

近日(ri)，北京(jing)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)大學蔡軍(jun)課(ke)題(ti)組(zu)制備了(le)壹(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)小(xiao)球(qiu)藻(zao)細胞的磁性(xing)復合(he)多聚體(ti)微(wei)機(ji)器(qi)人，實(shi)現(xian)了高(gao)效(xiao)的靶(ba)向給藥。研(yan)究(jiu)者將小球(qiu)藻(zao)(Chlorella，Ch.)細胞作(zuo)為壹(yi)種(zhong)生(sheng)物模(mo)板，依次進行Fe₃O₄沈積、抗癌(ai)藥(yao)物阿(e)黴素(DOX)裝載(zai)，實(shi)現(xian)磁性(xing)復合(he)微機(ji)器(qi)人單(dan)元(yuan)的制備(bei)。利用(yong)磁偶(ou)極作(zuo)用(yong)，微機(ji)器(qi)人單(dan)元(yuan)通(tong)過(guo)誘(you)導(dao)自組(zu)裝作(zuo)用(yong)重構成鏈(lian)狀的復合(he)多聚體(ti)微(wei)機(ji)器(qi)人(BMMs)，如(ru)微小的二(er)聚體(ti)、三聚(ju)體(ti)等。基(ji)於(yu)面(mian)投(tou)影微立體(ti)光刻(PμSL)技術(shu)設計了(le)啞鈴(ling)形(xing)的微流(liu)控(kong)通(tong)道，用(yong)於(yu)進行BMMs的體外靶(ba)向給藥試(shi)驗(圖1)。

圖(tu)1，BMMs的制備(bei)和(he)靶(ba)向給藥示(shi)意圖。

圖(tu)2，自組(zu)裝BMMs的驅動(dong)性(xing)能。

圖(tu)3，BMMs的生物相容性(xing)和(he)化(hua)療性(xing)能。

圖(tu)4，BMMs的體外靶(ba)向給藥試(shi)驗。

BMMs具有兩(liang)種(zhong)不(bu)同的運動(dong)模(mo)式(shi)，包括動(dong)態(tai)磁(ci)場下(xia)的旋轉(zhuan)和(he)垂(chui)直旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場下(xia)的翻滾(gun)；運動(dong)速(su)度(du)的測量以(yi)及(ji)精(jing)確定位的實(shi)現(xian)表(biao)明BMMs具有優(you)異(yi)的驅動(dong)能力(圖2)。BMMs還(hai)表(biao)現(xian)出良(liang)好(hao)的生物相容性(xing)、高(gao)效的DOX裝載(zai)能力、pH觸發釋藥能力以(yi)及(ji)顯著的化療效(xiao)果(圖(tu)3)。另外，采用(yong)PμSL(nanoArch S140, 摩方精(jing)密(mi))技術(shu)結(jie)合(he)PDMS倒模(mo)技術(shu)制備(bei)了啞鈴(ling)形(xing)微(wei)流(liu)控(kong)通(tong)道，在該(gai)通(tong)道內，利用(yong)磁場(chang)驅動(dong)實(shi)現(xian)了BMMs對(dui)HeLa癌(ai)細胞的靶(ba)向給藥。結(jie)果(guo)表(biao)明BMMs可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)精(jing)準靶(ba)向給藥，並對抗(kang)腫(zhong)瘤治(zhi)療具有良(liang)好(hao)的療效(xiao)。此(ci)研(yan)究(jiu)在靶(ba)向抗癌治(zhi)療方面具有巨(ju)大的應(ying)用(yong)潛力。該(gai)研(yan)究(jiu)成果(guo)，以(yi)“Magnetic Biohybrid Microrobot Multimers Based on Chlorella Cells for Enhanced Targeted Drug Delivery"為題發表(biao)在ACS Applied Materials & Interfaces上(shang)。