开发用于胃肠道炎症治疗的双生物引擎自适应微/纳米机器人

具有自推进和自导航能力的微/纳米机器人因其在难以触及的身体组织中的可控运动而引起了药物输送和治疗研究人员的广泛关注。

然而，开发能够调整其驱动机制跨越多个生物屏障以到达远处病灶的自适应微/纳米机器人仍然是一个挑战。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院(SIAT)蔡林涛教授带领的研究团队研制出一种具有自推进和自适应能力的双生物引擎酵母微/纳米机器人(TBY-robot)能够自主导航到发炎部位，通过酶-巨噬细胞转换(EMS)提供胃肠道炎症治疗的能力。

这项研究于2月22日发表在《科学进展》杂志上。

研究人员通过将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶不对称地固定到抗炎纳米颗粒包装的酵母微胶囊表面来构建TBY机器人。在均匀的葡萄糖浓度下，酶的Janus分布可以催化葡萄糖分解，产生局部葡萄糖梯度，诱导TBY机器人自推进运动。

在存在肠内葡萄糖梯度的情况下，口服TBY机器人向葡萄糖梯度移动以穿透肠粘液屏障，然后通过微折叠细胞转胞吞作用穿过肠上皮屏障。“我们发现TBY机器人有效地穿透了粘液屏障，并使用双酶驱动引擎向肠内葡萄糖梯度移动，显着增强了它们的肠道滞留能力，”蔡教授说。

在原位切换到淋巴集结中的巨噬细胞生物引擎后，TBY机器人通过趋化因子引导的巨噬细胞接力传递自主迁移到胃肠道发炎部位。“令人鼓舞的是，TBY机器人使患病部位的药物积累增加了约1000倍，显着减轻了结肠炎和胃溃疡小鼠模型的炎症并改善了疾病病理，”蔡教授说。

这种双生物引擎交付策略是使用EMS的序列驱动过程，以Peyer贴片作为中转站。这个过程可以精确地将治疗药物跨越多个生物屏障运送到遥远的、根深蒂固的疾病部位。

蔡教授说：“运输路线类似于特快专递，通过不同的交通工具将包裹精确地送到远方的目的地。”这些自适应TBY机器人代表了一种安全且有前途的精准治疗胃肠道炎症和其他炎症性疾病的策略。