【視頻】微型機械人可遙控可變形 藥物直送人體癌細胞減低副作用

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【加拿大都市網】化療幾十年來一直是癌症治療的基石。然而,化療的一系列副作用,會產生跟疾病本身一樣令人不適的感受。現在,在一項概念驗證研究中,為未來的癌症治療管理提供新方向,科學家們開發了一種魚形微型機械人,它可以將藥物直接輸送到患病細胞中,從而減低副作用帶來的折騰。

在一項新的多機構研究中,研究人員創造並證明了魚形微型機械人向癌細胞輸送化療藥物的能力。這些機械人在磁鐵的引導下找到癌細胞,透過pH值的改變化使它們張開「嘴巴」,釋放抗癌物質。

研究人員寫道:「在這裡,通過在pH響應水凝膠中編程編碼不同的膨脹速率,可以因應環境而改變形狀的微機械人(SMMRs)已經被開發出來。」這項研究發表在ACS Nano期刊上。

 

能夠操作微小物體而小於100微米的微型機械人並非什麼創舉。然而,大多數由於無法通過改變形狀來完成複雜的任務,包括藥物的釋放。雖然一些4D打印的物體也可以根據特定刺激改變形狀,但它們通常只執行簡單的功能。此外,遙控它們的行動也很困難。

眾所周知,與健康細胞相比,癌細胞存在於pH值較低(較為酸性)的環境中。因此,該團隊選擇了一種方法,可以使新的形狀變形微型機械人(SMMRs)改變其結構,以應對低pH水平。

這些裝置通過磁鐵的引導將抗癌藥物運送到特定的區域。為此,他們使用pH響應的水凝膠打印 4D微型機械人。這些微型機械人被打印成蝴蝶、螃蟹和魚的形狀。

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通過修改特定形狀區域(如蝴蝶翅膀或蟹爪)的打印密度,研究人員對它們進行了編碼,使它們具有變形能力,對pH值作出反應。接下來,微型機械人被放置在氧化鐵(Fe3O4)納米顆粒的懸浮液中,這使它們具有磁性。

在賦予微型機械人變形能力之後,研究人員進行了一系列測試,包括測試具有可調節「嘴巴」的變形微魚(SMMF)的能力,即打開和關閉。研究小組發現,可以通過模擬血管(磷酸鹽緩衝鹽水,pH ~ 7.4)引導「小魚」接觸培養器皿中特定位置的癌細胞。

當魚周圍溶液的pH值降低(pH < 7)時,它會「張開」嘴巴,釋放它所攜帶的化療藥物(阿黴素),附近的癌細胞在接觸到藥物後被殺死。

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儘管這項研究對概念有正面結果,但研究人員承認,微型機械人需要進一步改進。首先,它們的體積必須顯著減小,才能穿過真正的血管。此外,必須確定或設計一種可行的成像技術來監控他們在體內的活動。

硏究人員也寫道:「隨着尺寸、運動控制和成像技術的不斷優化,這些磁性SMMRs將為複雜的微貨物操作和按需藥物釋放提供理想的平台。」

圖片:ACS NanoYoutubeScreengrab/ @American Chemical Society

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