苏黎世理工团队开发磁性细菌机器人，可有效穿透血管壁，精准靶向肿瘤

近日，苏黎世联邦理工学院的团队找到了一种让磁性细菌有效穿过血管壁来对抗肿瘤的方法，即利用经过修饰的细菌作为“渡轮”将药物通过血液输送到肿瘤。相关论文以题为“Magnetic torque–driven living microrobots for increased tumor infiltration”发表在Science Robotics期刊。 　　血管壁由一层细胞组成，充当血流和肿瘤组织之间的屏障，肿瘤组织被许多小血管渗透。这些细胞之间的狭窄空间允许来自细胞的某些分子穿过血管壁。这些细胞间隙的大小由血管壁的细胞调节，它们可以暂时宽到足以让细菌通过血管壁。 　　在Simone Schürle的带领下，研究人员选择使用由于含有氧化铁颗粒而具有天然磁性的细菌--Magnetospirillum属细菌。这些细菌对磁场有反应，并且可以通过体外的磁铁进行控制。 　　Schürle是苏黎世联邦理工学院的教授，专注于生物医学应用的磁操纵技术。此外，她还是MagnebotiX的联合创始人，该公司主要生产和销售磁场发生器(MFG)。这些系统能够产生各种各样的静态或时变磁场，用于研究磁场相关现象，该公司还开发磁性微型和纳米机器人的应用以及其他显微操作产品。 　　在细胞培养和小鼠中，Schürle和她的团队已经证明，施加在肿瘤上的旋转磁场可以提高细菌穿过癌细胞生长附近血管壁的能力。在血管壁处，旋转磁场推动细菌以圆周运动向前运动。 　　在实验和计算机模拟的帮助下，研究人员能够证明使用旋转磁场推动细菌是有效的。首先，通过旋转磁场的推进力是通过静磁场推进的10倍。后者只是设定方向，细菌必须在自己的力量下移动。 　　第二个也是最关键的原因是由旋转磁场驱动的细菌不断运动，沿着血管壁移动。与其他推进类型相比，这使得它们更有可能遇到血管壁细胞之间短暂打开的间隙；第三，与其他方法不同，细菌不需要通过成像进行跟踪，一旦磁场定位在肿瘤上方，就不需要重新调整。

 　　“我们也利用了细菌的自然和自主运动，”Schürle解释说，“一旦细菌穿过血管壁并进入肿瘤内部，它们就可以独立迁移到肿瘤深处。”出于这个原因，团队通过外部磁场仅使用了一个小时的推进力，就足以让细菌有效地穿过血管壁并到达肿瘤。 　　这种细菌将来可能携带抗癌药物。在他们的细胞培养研究中，研究人员通过将脂质体（类脂肪物质的纳米球）附着在细菌上来模拟这种应用。团队利用荧光染料标记脂质体，这使他们能够在培养皿中证明细菌确实将它们的“货物”递送到癌组织内，并在那里积累。 　　使用细菌作为药物的“渡轮”是细菌可以帮助对抗癌症的两种方式之一。另一种方法已有100多年的历史：利用某些细菌的自然倾向来破坏肿瘤细胞，细菌会刺激免疫系统的某些细胞，然后消除肿瘤。 　　然而，要在癌症治疗中使用细菌的固有特性，这些细菌如何有效到达肿瘤的问题仍然存在。虽然可以将细菌直接注射到身体表面附近的肿瘤中，但这对于身体深处的肿瘤是不可能的。“相信可以使用我们的工程方法来提高细菌癌症治疗的功效。”Schürle表示。