Advanced Functional Materials:水动力生物微马达镊子——无损伤式药物精准靶向递送

靶向递送可以将药物或细胞精准递送至病患部位,对于精准医疗有着非常重要的意义。但是,目前临床上采用的注射或口服的给药方式都是利用药物分子或药物载体在血液、淋巴等体液中的被动扩散完成的,靶向性和选择性欠佳。因此,精准医疗的发展迫切需要更多能够提高药物在病变部位富集及渗透的靶向药物递送技术的支持。自驱动微纳米马达因其极佳的自主运动能力和导航特性,可在非入侵模式下精准靶向目标细胞或病变组织,从而有效提高药物在靶向部位的富集、滞留与渗透,在精准医疗方面展现出广阔的应用前景。但是,传统的微纳米马达药物递送技术需要将药物/细胞直接负载于递药载体上,这些负载及卸载的步骤会对药物/细胞的活性造成不可避免的损伤。此外,传统基于合成材料的微纳米马达往往也存在生物兼容性差的限制。因此,开发具有良好生物兼容性的无损伤递送体系十分必要。

近日,暨南大学辛洪宝教授和李宝军教授研究团队利用光学捕获的方法,以天然具有生物兼容性和运动能力的绿藻细胞为唯一材料,构建了基于光力控制旋转绿藻细胞的水动力生物微马达镊子,在非接触模式下实现了对活细胞的无损操控和可控运输,还实现了针对单细胞的药物靶向精准递送和治疗。

图1. 水动力生物微马达镊子用于非接触式药物精准靶向递送示意图

这种水动力生物微马达镊子简单地由两个光力控制的绿藻细胞构成。通过利用扫描光镊技术进行光学捕获,随机游动的绿藻细胞转变为做可控旋转运动的微马达,从而带动周围的流体产生旋流,进而通过流体的运动实现对目标物的非接触式无损操控。当控制两个微马达的旋转速度和旋转方向均相同时,在流场的中心可形成旋流驻点,利用该驻点可实现对目标物的稳定捕获。

图2. 水动力生物微马达镊子对目标物非接触操控与捕获

在此基础上,利用光镊可灵活移动的优势,通过同时移动两个微马达沿预定的轨迹运动,改变驻点位置,从而实现目标物的可控运输。研究表明,这种水动力生物微马达镊子可在唾液、血浆、血液等不同生物流体与狭窄封闭环境中,对任意形状、尺寸的生物目标物实现无损伤靶向递送。他们还成功实现了向单个血癌细胞的药物靶向递送和精准可控杀伤。这种基于光力控制的水动力生物微马达镊子为生物药物/细胞的无损伤靶向递送、单细胞层面药物测试、单细胞精准治疗等提供了新方法,并为构建生物兼容的智能微纳生物机器人拓宽了思路。

图3. 水动力生物微马达镊子对单个血癌细胞的靶向药物递送和精准杀伤

暨南大学纳米光子学研究院辛洪宝教授和李宝军教授为论文共同通讯作者,潘婷副教授和史阳助理教授为共同第一作者。

论文信息:

Bio-Micromotor Tweezers for Noninvasive Bio-Cargo Delivery and Precise Therapy

Ting Pan, Yang Shi, Nan Zhao, Jianyun Xiong, Yuqing Xiao, Hongbao Xin*, Baojun Li*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202111038

原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202111038