蔡林涛团队：“纳米快递员”通过EMS实现远程精准递药

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人们对微纳机器人的想象由来已久。20世纪60年代，科幻电影《神奇旅程》描述了一个缩小到细胞大小的“微型潜艇”进入人体的奇遇。而在现实世界中，科学家从未停止对微纳机器人的探索。特别是具有自我推进和导航能力的微纳生物机器人，因其可以到达现有器械难以企及的微观区域和精准度而受到广泛关注。　
　　北京时间2月23日，中国科学院深圳先进技术研究院医药所纳米医疗与技术研究中心蔡林涛团队在国际学术期刊Science Advances上发表了题为“Twin-bioengine self-adaptive micro/nanorobots using enzyme actuation and macrophage relay for gastrointestinal inflammation therapy”的文章。该工作成功开发了一款双引擎自适应的酵母微纳生物机器人，能够像“纳米快递员”一样，通过生物酶与巨噬细胞引擎的切换（Enzyme-Macrophage-Switching，EMS）穿透人体多重生理屏障，实现精准的将药物递送到远程炎症病灶。

　　具有自我推进和导航能力的微纳生物机器人因其可以到达现有医疗器械难以企及的微观区域，有望实现疾病的精准诊疗，革新传统医学，因此受到广泛关注。但是，由于体内存在多重生理屏障，开发能够适应微环境的变化，将药物精准递送到远程病灶的微纳机器人仍然具有挑战性。
　　大自然合成了大量结构复杂、性能优越的材料，为构建具有优良生物相容性的智能微纳生物机器人提供了灵感。该工作提出了以酵母益生菌来源的酵母微囊为活性材料，通过将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶偶联在包裹纳米药物的酵母微囊表面，制备了具有不对称结构的酵母微纳生物机器人（TBY-robot）。
　　经口服后，TBY-robot能够利用肠道内天然的葡萄糖浓度梯度穿透黏液屏障，通过肠上皮微褶皱细胞跨过肠上皮屏障，在派尔氏结内自切换为巨噬细胞引擎，进而利用巨噬细胞的炎症趋化性，经过淋巴循环和血液循环，精准的将药物递送到远程炎症部位。在小鼠结肠炎模型和胃炎模型中的结果显示，TBY-robot能够提高药物的富集约1000倍，极大的降低了炎症反应并缓解了疾病的症状。
　　TBY-robot像“纳米快递员”，派尔氏结类似于“中转站”，通过切换不同的交通工具，将货物精准的递送到目的地。酵母微纳生物机器人的成功开发为胃肠道炎症和其他炎症相关疾病的治疗提供了全新的技术手段。 　
　　深圳先进技术研究院蔡林涛研究员、潘宏副研究员和郑明彬博士为通讯作者，中国科学院大学博士生张保珍为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、深圳市科创委等科技项目的资助。
       文章来源：深圳先进院
       蔡林涛，博士，研究员，博士生导师。美国医学与生物工程院会士（AIMBE Fellow）和国际先进材料协会会士（IAAM Fellow）。已发表学术期刊论文198篇，引用次数超10000次。国家发明专利授权102项，PCT国际专利8项。荣获深圳市自然科学一等奖、二等奖和广东省自然科学二等奖。现为中国化学会第30届理事会CCS理事，中美纳米医学与纳米生物技术学会CASNN理事，中国生物物理学会纳米生物学分会理事，Chinese Chemical Letters期刊特邀编委与常务理事；美国化学会、英国皇家化学会会员；国际知名杂志Nature Materials, Nature Comm, JACS, Angew Chem, Nano Lett等期刊的特约审稿人；科技部973、国家自然科学基金、深圳市科技创新委等评审专家。