《The Innovation》：Magnetically driven bionic nanorobots enhance chemotherapeutic efficacy and the tumor immune response via precise targeting
编辑推荐：
在肿瘤治疗中，高效靶向药物递送面临诸多难题。研究人员开展了磁驱动仿生载药纳米机器人（MDNs）的研究。结果显示，MDNs 能精准靶向肿瘤、高效递送药物，激活肿瘤免疫应答，延长小鼠生存期。这为肿瘤化疗带来新希望。
在肿瘤治疗的漫长征程中，如何将药物精准地送到肿瘤细胞身边，一直是困扰科研人员的难题。肿瘤就像一个狡猾的 “敌人”，它具有异质性，不同部位的肿瘤细胞可能有不同的特性；而且常规的药物递送容易产生脱靶效应，让药物在不该发挥作用的地方浪费 “精力”；同时，还有重重生物屏障阻碍着药物顺利抵达肿瘤部位。这些问题就像一道道坚固的 “城墙”，严重影响着肿瘤治疗的效果。为了突破这些困境，中国科学院大学高能物理研究所和北京航空航天大学等机构的研究人员展开了一场意义重大的探索，相关研究成果发表在《The Innovation》上。
研究人员用到的主要关键技术方法有：利用透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）等对纳米机器人进行表征；通过定制的三维（3D）磁操控平台（MMP）系统控制纳米机器人运动；运用体内成像技术（如磁共振成像 MRI 和荧光成像）和组织病理学方法评估纳米机器人性能；借助细胞实验（如 CCK-8 检测、细胞死活染色实验）和荷瘤小鼠模型实验探究纳米机器人的效果。
制备与表征 MDNs
研究人员基于氧化铁纳米颗粒（IONPs）和多柔比星（DOX）设计了 MDNs。通过调整表面活性剂比例精准调控 IONPs 尺寸，采用一步法制备出具有水分散性的 IONPs，再将 DOX 通过亚胺键负载到聚乙二醇修饰的 IONPs（PEG-IONPs）表面。TEM、XRD 等多种表征手段显示，成功制备出尺寸均匀、具有特定晶体结构和良好分散性的 MDNs，且 DOX 含量符合预期，在酸性条件下能响应释放药物。
MDNs 的磁性特征
MDNs 的磁性是影响其磁驱动的关键。振动样品磁强计测试表明，MDNs 在 300K 下呈现典型超顺磁状态，无剩磁和矫顽力。其饱和磁化强度为 56.66 emu/g，通过测量磁化场冷却（FC）和零场冷却（ZFC）曲线，进一步证实了超顺磁特性，这使得 MDNs 能在外加磁场下快速驱动，且在无磁场时稳定分散于溶液。
MDNs 的体外磁驱动
定制的 3D MMP 系统可精确控制 MDNs 的运动和聚集模式。MDNs 能模拟野生鲱鱼群的运动模式，在不同磁场条件下呈现分散、聚集、链状、再分散等状态。通过编程电磁场参数，能实现高速运动、靶向、溶解和聚集等多种功能，在复杂迷宫微流控芯片实验中，MDNs 可精准沿着预设轨迹运动，证明了系统操控的高精度和稳定性。
体内磁驱动与肿瘤靶向
研究人员利用接种 4T1 肿瘤的小鼠模型，研究 MDNs 的体内磁靶向能力。通过 IVIS 系统观察发现，施加磁场后，MDNs 能在肿瘤部位大量积累，荧光强度显著增加。多种检测方法表明，MDNs 在磁场作用下能快速从循环系统进入肿瘤部位，有效递送药物，且在肿瘤组织中的铁和 DOX 含量明显升高。
MDNs 的体内外 MRI
MDNs 具有良好的磁共振成像能力，在不同浓度下，其r1弛豫率为14.30mM?1s?1 ，高于商业T1 对比剂；r2弛豫率为35.80mM?1s?1 ，r2/r1 比值为 2.50，可作为T1?T2 双模对比剂。体内 MRI 实验显示，注射 MDNs 后，肿瘤部位的T1 加权图像信号增强，T2 加权图像信号减弱，证明其能有效靶向并积累在肿瘤区域。
细胞毒性与体外抑制癌细胞作用
通过 CCK-8 检测和细胞死活染色实验发现，MDNs 对 4T1 细胞具有明显的细胞毒性，半最大抑制浓度（IC50 ）为 14.53 mg/mL ，且对 HeLa 细胞和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）也有一定毒性。显微镜观察发现，MDNs 携带的 DOX 能顺利进入细胞核，4T1 细胞对 MDNs 更为敏感，且 MDNs 的溶血率远低于 5% ，具有良好的血液相容性。
MDNs 的体内抗肿瘤效果
建立 4T1 细胞皮下移植瘤模型，评估 MDNs 的体内抗肿瘤效果。结果显示，MDNs 联合磁场（MDNs + MF）治疗组的肿瘤生长受到显著抑制，小鼠体重无明显下降，无进展生存期明显延长。组织学分析发现，该组肿瘤细胞死亡和中性粒细胞浸润明显，肿瘤组织中相关蛋白表达变化表明，MDNs + MF 治疗通过激活抗肿瘤免疫和化疗，促进肿瘤消退，且对主要器官无明显毒副作用。
研究结论和讨论部分指出，研究人员成功开发出多功能 MDNs，它具备精准靶向、MRI 辅助诊断和治疗的能力，在体内展现出良好的效果。借助外部可编程电磁场，MDNs 能有效靶向组织，减少全身毒性。在 MDNs 和定制 MMP 系统的双重支持下，这种药物递送系统在应对复杂生理环境和完成指定任务方面优势显著，为更精准有效的癌症治疗开辟了新方向。不过，MDNs 的磁靶向物理干预在面对一些复杂癌症时存在局限，未来纳米机器人还需在细胞水平提升操控能力，并且建立综合纳米材料数据库也将有助于推动该领域的进一步发展。总之，这项研究为肿瘤治疗领域带来了新的曙光，为后续研究奠定了坚实基础，有望在未来的临床治疗中发挥重要作用。
下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究
10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！
欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书
单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析
下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》
