基于细菌的微型机器人有一天战斗癌症

一组科学家在物理马克斯普朗克研究所的情报部门与生物学结合机器人的智能系统装备大肠杆菌细菌与人工组件来构建合成微型机器人。首先,我们可以看到在图1中,团队在几个nanoliposomes细菌。外圆,这些spherical-shaped运营商附上材料(协调小组、绿色颗粒),当被近红外光线融化。进一步推向中间,水芯内部,是脂质体封装水溶性化疗药物分子(阿霉素)。

第二部分研究人员在磁性纳米颗粒。当暴露于磁场,氧化铁粒子作为扣助推器已经高度能动的微生物。通过这种方式,更容易控制细菌的游泳对体内应用程序——一种改进设计。同时,绳子绑定细菌的脂质体和磁性粒子是一个非常稳定,难以打破链霉亲和素、生物素复杂,这是几年前开发(https://www.nature.com/articles/s41598 - 018 - 28102 - 9)和微型构造合成时有用的机器人。

大肠杆菌是快速、通用的游泳者,可以浏览材料从液体到高度粘性组织。但这并不是全部,也有高度先进的感应能力。细菌是引起化学梯度,如低氧水平或高酸度,普遍接近肿瘤组织。治疗癌症通过注射细菌在距离被称为细菌介导的肿瘤的治疗。微生物流向肿瘤所在,以这种方式生长,激活患者的免疫系统。细菌介导的肿瘤治疗的治疗方法已经超过一个世纪。

在过去的几十年里,科学家们寻找方法来进一步提高微生物的超级大国。他们装备细菌与额外的组件来帮助作战。然而,添加人工组件并非易事。复杂的化学反应在起作用,粒子的密度速率加载到细菌问题避免稀释。在斯图加特的团队已经将门槛相当高。他们设法使86 100个细菌脂质体和磁性粒子。

科学家们展示了他们成功的外部转向这样一个高密度的解决方案通过不同课程。首先,通过一个l型的狭窄通道,两个隔间两端,用一个肿瘤球体。第二,一个更窄的设置类似于小血管。他们添加了一个额外的永久磁铁,一边展示他们如何精确控制药物对肿瘤球状体微型机器人。第三——更进一步——团队带领微型机器人通过粘性胶原凝胶(类似于肿瘤组织)三个级别的刚度和孔隙度,从软到中等偏硬。硬的胶原蛋白,加强网络的蛋白质字符串,就变得越困难的细菌通过矩阵找到一种方法(图2)。研究小组表明,一旦他们添加一个磁场,细菌管理导航到另一端的凝胶是细菌有较高的力量。因为持续的对齐,细菌通过纤维找到了一种方法。

一旦微型机器人积累所需的点(肿瘤球体),近红外激光产生光线,温度高达55摄氏度,引发了熔化过程的脂质体和封闭的释放药物。低pH值或酸性环境也导致nanoliposomes打开——因此自动肿瘤附近的药物释放。

“想象我们会注入细菌建立微型机器人一个癌症病人的身体。用一块磁铁,我们可以精确地引导粒子肿瘤。一旦足够的微型机器人周围肿瘤,我们激光指向的组织和触发药物释放。现在,不仅是免疫系统引发了醒来,但额外的药物也可以帮助破坏肿瘤,“说Birgul Akolpoglu,博士生在物理MPI-IS情报部门。她是第一作者发表的题为“磁可操纵的细菌微型机器人移动3 d生物矩阵stimuli-responsive货物交付“前博士后研究员共同的物理情报部门,尤努斯博士Alapan。这是发表在科学的进步2022年7月15日。

“这现场交付将患者微创,无痛,承担最小的毒性和药物开发他们的影响在需要的地方,而不是在整个身体内,“Alapan补充道。

“基于细菌合成微型机器人在医疗功能可以更有效地对抗癌症。这是一个新的治疗方法不太远离我们如何治疗癌症今天,”教授说,梅丁·斯蒂博士领导的物理情报部门和最后出版的作者。“微型医疗机器人的治疗效果在寻找和摧毁肿瘤细胞可能是实质性的。我们的工作是一个很好的例子的基础研究,旨在造福我们的社会。”

参考:Akolpoglu MB, Alapan Y,多根不,et al。磁可操纵的细菌微型机器人移动3 d生物矩阵stimuli-responsive货物交付。Sci副词。2022;8 (28):eabo6163。doi:10.1126 / sciadv.abo6163

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