细菌改造成微型机器人，精准输送药物用于癌症治疗

细菌会被化学梯度吸引，如低氧水平或高酸度环境，这在肿瘤组织附近很常见。在肿瘤组织附近注射细菌来治疗癌症被称为细菌介导的肿瘤治疗。细菌会在肿瘤组织中富集生长，从而激活患者的免疫系统对抗肿瘤。

早在20世纪末的100多年前，美国外科医生威廉柯利（WilliamColey）就发现细菌感染可以导致肿瘤消退，并利用灭活的细菌对抗恶性肿瘤，这也是人类第一次癌症免疫治疗。

大肠杆菌是一种多功能细菌，可以快速游动，可以在从液体到高粘性组织的各种物质中导航，并且它们还具有高度灵敏的传感能力。在过去的几十年里，科学家们一直在寻找进一步提高大肠杆菌能力的方法，希望通过给它们配备额外的成分来帮助它们对抗癌细胞。

最近，德国马普智能系统研究所（MPI-IS）的研究人员发表了一篇研究论文，题为：在科学进展，磁可控细菌机器人在3D生物基质中移动，用于刺激响应的货物运输。

这项研究将机器人技术与生物学相结合，为大肠杆菌组装人工组件，构建可携带药物分子的移动生物融合微型机器人。它可以在磁场的引导下导航3D生物材料，并向肿瘤输送抗癌药物。

该研究的通讯作者梅廷斯蒂博士表示，基于具有医疗功能的细菌的生物融合微型机器人有一天可以更有效地对抗癌症，这代表了一种离我们目前的癌症治疗不远的新方法。医用微型机器人在发现和破坏肿瘤细胞方面的作用可能是巨大的。这项研究也是基础科学研究造福社会的一个好例子。

融合微机器人（Fusionmicro-robot）是一种将活体微生物（如细菌或藻类）与人工部件（如纳米载体）相结合，形成内部推进、传感和靶向机制的自功能微机器人。在不同类型的微型机器人中，细菌驱动的生物融合微型机器人脱颖而出，成为医用微型机器人的理想候选。

但在实践中，给细菌添加人工成分并不容易，这涉及到复杂的化学反应。大多数用于设计生物融合微型机器人的技术也可能对细菌本身产生不利影响，也可能干扰细菌的运动或改变其蛋白质表达。目前细菌生物融合的设计缺乏高通量、易于构建的人工部件，因此构建的细菌融合微型机器人在推进、有效载荷、组织穿透、时空操作等方面往往表现不佳。

在这项最新的研究中，研究小组首先将纳米脂质体附着在大肠杆菌上，其中封装了水溶性化疗药物阿霉素（DOX）。吲哚菁绿（ICG）也包埋在这些纳米脂质体的脂质双层中。ICG是一种医用荧光燃料，在近红外光的照射下会熔化。因此，这是一种具有光热活性的脂质体质粒。包埋在纳米脂质体脂质双层中的ICG在吸收近红外光（NIR）后，会熔化并导致脂质体的结构变化和脂质体中所载治疗药物的释放。

研究小组还将磁性纳米粒子（氧化铁纳米粒子）附着在细菌上。在磁场的作用下，这些氧化铁纳米颗粒可以控制和助推大肠杆菌的运动。这些纳米脂质体和磁性纳米颗粒通过难以被破坏的链霉亲和素和生物素复合物与细菌连接。

接下来，在体外实验中，研究团队证实了这种细菌生物融合微型机器人可以通过磁场精确导航，并向肿瘤释放化疗药物。

接下来，研究小组进一步在粘性胶原蛋白凝胶（类似于肿瘤组织）中进行了测试。实验结果表明，这些细菌生物融合微机器人在磁场的作用下，可以穿越不同硬度和孔隙率的胶原凝胶。这表明这些微型机器人可以在磁场的引导下，在有限且多孔的生物微环境中渗透和移动。一旦这些微型机器人聚集在肿瘤上，它们就会受到近红外光（NIR）的照射，从而触发纳米脂质体的融化过程，释放出它们携带的化疗药物。肿瘤本身附近pH值较低的酸性环境也会导致纳米脂质体破裂，因此药物会在肿瘤附近自动释放。

想象一下，把这种基于细菌的微型机器人注射到癌症患者体内。在磁场的引导下，可以说这些微型机器人导航到了肿瘤。一旦有足够多的微型机器人包围肿瘤，它们就可以开始近红外光照射，并触发化疗药物的释放。这不仅可以唤醒免疫系统，还可以通过释放化疗药物来帮助摧毁肿瘤。这种给药方式微创、无痛、对患者毒性最小，药物会在肿瘤内发挥作用，避免了对身体其他部位的伤害。

总之，最新研发的细菌生物融合微型机器人优于之前报道的基于大肠杆菌的微型机器人。它保留了大肠杆菌本身的运动能力，还表现出在磁场的引导下通过生物材料在肿瘤内导航和定殖的能力，然后可以根据需要释放装载的抗癌药物。

总的来说，这里介绍的细菌生物杂交的设计为多功能医用微型机器人提供了一个系统化、高通量的平台，能够克服生物屏障，响应刺激主动释放治疗药物。

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