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細菌會(huì )被化學(xué)梯度吸引，如低氧水平或高酸度環(huán)境，這在腫瘤組織附近很常見(jiàn)。在腫瘤組織附近注射細菌來(lái)治療癌癥被稱(chēng)為細菌介導的腫瘤治療。細菌會(huì )在腫瘤組織中富集生長(cháng)，從而激活患者的免疫系統對抗腫瘤。
早在20世紀末的100多年前，美國外科醫生威廉柯利（William Coley）就發(fā)現細菌感染可以導致腫瘤消退，并利用滅活的細菌對抗惡性腫瘤，這也是人類(lèi)第一次癌癥免疫治療。
大腸桿菌是一種多功能細菌，可以快速游動(dòng)，可以在從液體到高粘性組織的各種物質(zhì)中導航，并且它們還具有高度靈敏的傳感能力。在過(guò)去的幾十年里，科學(xué)家們一直在尋找進(jìn)一步提高大腸桿菌能力的方法，希望通過(guò)給它們配備額外的成分來(lái)幫助它們對抗癌細胞。
最近，德國馬普智能系統研究所（MPI-IS）的研究人員發(fā)表了一篇研究論文，題為：在科學(xué)進(jìn)展，磁可控細菌機器人在3D生物基質(zhì)中移動(dòng)，用于刺激響應的貨物運輸。
這項研究將機器人技術(shù)與生物學(xué)相結合，為大腸桿菌組裝人工組件，構建可攜帶藥物分子的移動(dòng)生物融合微型機器人。它可以在磁場(chǎng)的引導下導航3D生物材料，并向腫瘤輸送抗癌藥物。
該研究的通訊作者梅廷斯蒂博士表示，基于具有醫療功能的細菌的生物融合微型機器人有一天可以更有效地對抗癌癥，這代表了一種離我們目前的癌癥治療不遠的新方法。醫用微型機器人在發(fā)現和破壞腫瘤細胞方面的作用可能是巨大的。這項研究也是基礎科學(xué)研究造福社會(huì )的一個(gè)好例子。
融合微機器人（Fusion micro-robot）是一種將活體微生物（如細菌或藻類(lèi)）與人工部件（如納米載體）相結合，形成內部推進(jìn)、傳感和靶向機制的自功能微機器人。在不同類(lèi)型的微型機器人中，細菌驅動(dòng)的生物融合微型機器人脫穎而出，成為醫用微型機器人的理想候選。
但在實(shí)踐中，給細菌添加人工成分并不容易，這涉及到復雜的化學(xué)反應。大多數用于設計生物融合微型機器人的技術(shù)也可能對細菌本身產(chǎn)生不利影響，也可能干擾細菌的運動(dòng)或改變其蛋白質(zhì)表達。目前細菌生物融合的設計缺乏高通量、易于構建的人工部件，因此構建的細菌融合微型機器人在推進(jìn)、有效載荷、組織穿透、時(shí)空操作等方面往往表現不佳。
在這項最新的研究中，研究小組首先將納米脂質(zhì)體附著(zhù)在大腸桿菌上，其中封裝了水溶性化療藥物阿霉素（DOX）。吲哚菁綠（ICG）也包埋在這些納米脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中。ICG是一種醫用熒光燃料，在近紅外光的照射下會(huì )熔化。因此，這是一種具有光熱活性的脂質(zhì)體質(zhì)粒。包埋在納米脂質(zhì)體脂質(zhì)雙層中的ICG在吸收近紅外光（NIR）后，會(huì )熔化并導致脂質(zhì)體的結構變化和脂質(zhì)體中所載治療藥物的釋放。
研究小組還將磁性納米粒子（氧化鐵納米粒子）附著(zhù)在細菌上。在磁場(chǎng)的作用下，這些氧化鐵納米顆?？梢钥刂坪椭拼竽c桿菌的運動(dòng)。這些納米脂質(zhì)體和磁性納米顆粒通過(guò)難以被破壞的鏈霉親和素和生物素復合物與細菌連接。
接下來(lái)，在體外實(shí)驗中，研究團隊證實(shí)了這種細菌生物融合微型機器人可以通過(guò)磁場(chǎng)精確導航，并向腫瘤釋放化療藥物。
接下來(lái)，研究小組進(jìn)一步在粘性膠原蛋白凝膠（類(lèi)似于腫瘤組織）中進(jìn)行了測試。實(shí)驗結果表明，這些細菌生物融合微機器人在磁場(chǎng)的作用下，可以穿越不同硬度和孔隙率的膠原凝膠。這表明這些微型機器人可以在磁場(chǎng)的引導下，在有限且多孔的生物微環(huán)境中滲透和移動(dòng)。
一旦這些微型機器人聚集在腫瘤上，它們就會(huì )受到近紅外光（NIR）的照射，從而觸發(fā)納米脂質(zhì)體的融化過(guò)程，釋放出它們攜帶的化療藥物。腫瘤本身附近pH值較低的酸性環(huán)境也會(huì )導致納米脂質(zhì)體破裂，因此藥物會(huì )在腫瘤附近自動(dòng)釋放。
想象一下，把這種基于細菌的微型機器人注射到癌癥患者體內。在磁場(chǎng)的引導下，可以說(shuō)這些微型機器人導航到了腫瘤。一旦有足夠多的微型機器人包圍腫瘤，它們就可以開(kāi)始近紅外光照射，并觸發(fā)化療藥物的釋放。這不僅可以喚醒免疫系統，還可以通過(guò)釋放化療藥物來(lái)幫助摧毀腫瘤。這種給藥方式微創(chuàng )、無(wú)痛、對患者毒性最小，藥物會(huì )在腫瘤內發(fā)揮作用，避免了對身體其他部位的傷害。
總之，最新研發(fā)的細菌生物融合微型機器人優(yōu)于之前報道的基于大腸桿菌的微型機器人。它保留了大腸桿菌本身的運動(dòng)能力，還表現出在磁場(chǎng)的引導下通過(guò)生物材料在腫瘤內導航和定殖的能力，然后可以根據需要釋放裝載的抗癌藥物。
總的來(lái)說(shuō)，這里介紹的細菌生物雜交的設計為多功能醫用微型機器人提供了一個(gè)系統化、高通量的平臺，能夠克服生物屏障，響應刺激主動(dòng)釋放治療藥物。