比“蚁人”还小的纳米呆板人，正走正在抗肿瘤的路上

966年，一部科幻影戏《奇妙路程》第一次使用微缩科技拍摄模仿的人体内部，影片中，外科大夫被缩小为几百万分之一，乘坐微缩潜水艇进入人体内举行血管手术。

影片中被缩小的大夫和潜水艇（图片泉源：影戏《奇妙路程》）

而现在，科学技能不停前进，科幻正在照进实际，真的有团队在致力于研究能进入患者体内诊疗、比“蚁人”还小的“袖珍大夫”——固然，不是真的把大夫缩小，而是把呆板人缩小。

纳米呆板人——智能的体内大夫

一块微小的芯片，可以或许存储大量信息，集成超强的运算本领。那么就有人大开脑洞了：我们可否设计出智能化的小型呆板人，负担在人体内诊断病情，输送药物，对症治疗的使命呢？纳米呆板人这个观点就应运而生了。

纳米呆板人是巨细在纳米或微米级另外呆板人。早在1959年，诺贝尔奖得主理论物理学家理查德·费曼就领先提出了使用微型呆板人治病的想法。而这位大佬在其时的别的两个假想——存储信息的微小芯片和探究微观天下的显微镜现在已经成为实际。

今日，随着产业制造技能的不停前进，我们已经具备加工高精度微小元件的本领。分子纳米技能也是比年来进展迅猛的技能之一。以医药范畴为例，自从上世纪60年月纳米脂质体载药体系问世以来，纳米药物就一向是新药研发的热门范畴。现在，已有多款脂质体纳米药物进入市场，另有很多基于差别纳米载体（胶束、枝状聚合物、微针等）的药物处于临床研究阶段。

陪同人工智能海潮的鼓起，医用智能纳米体系这一多学科深度交织融合的前沿范畴渐渐成型。2013年，美国乔治亚大学的赵奕平研究团队开辟了磁驱动的纳米呆板人，通过促进构造纤溶酶原激活剂的递送加快血栓溶解；同年，新加坡南阳理工大学的Pumera团队初次研究了一种自驱动纳米呆板人对人体细胞的毒性作用，使纳米呆板人向临床应用迈出了坚固的一步[1]。今后，越来越多形态各别，功效富厚的纳米呆板人设计相继问世。

那么题目来了，纳米呆板人大夫得当哪个科室？好比家人们存眷的肿瘤治疗，它们能不克不及行？

三大体系,可否助力肿瘤治疗?

肿瘤一向是天下范畴内的庞大康健题目，传统的肿瘤疗法包罗手术切除和化学药物疗法。然而，手术切除对中晚期肿瘤的疗效不甚抱负；化疗又会孕育发生较大的毒副作用。而纳米呆板人因为体积小，智能化，且可以或许在人体内穿梭，在将来的肿瘤治疗中有望在必然水平上补充传统疗法缺陷，乃至大概关心我们取得一些突破希望。

现在的主流设计普通将治疗用纳米呆板人分为三个体系，即驱动体系、导航体系和相应体系。值得细致的是，只管纳米呆板人在驱动道理、动力操纵和智能相应方面已经取得了庞大希望，但要真正实现临床转化，另有很长的路要走。

图1 纳米呆板人用于肿瘤治疗的道理表示图（图片泉源：作者提供）

1.驱动体系——自动出击显上风

传统化疗在临床实行中范围性较大，化疗药物会在患者体内举行遍及扩散，使得肿瘤产生部位难以到达药物的最佳治疗浓度，而药物在康健部位的漫衍大概引起较大的毒副作用。

相比之下，纳米呆板人可以或许具备驱动体系，科学家们盼望它们在进入体内后可以通过自我驱动自动向肿瘤部位移动，从而在肿瘤部位富集，到达靶向治疗的成效。

驱动体系，便是微纳米级另外“发动机”，它可以或许将其他情势的能量转化为驱动纳米呆板人的能量。化学反响驱动是现在常见的驱动方法。比方将过氧化氢作为燃料，其剖析开释氧气气泡，孕育发生推动力，驱动纳米呆板人在液体中游动。除此以外，另有将磁场、光照和超声波的能量转化为动能的物理驱动，使用微生物的趋化特性的生物驱动等驱动方法。

除了驱动本领，为了在体内安稳运行，纳米呆板人还必要具备“油门和刹车”来操纵其运行的速率。对付化学驱动的纳米呆板人，可以通过操纵参加反响的燃料量，进而操纵运行速率。荷兰拉德堡德大学的Wilson团队在纳米呆板人的驱动体系上安置了对温度敏感的燃料阀，燃烧阀随着温度转变状态，从而调解纳米呆板人的活动速率[2]。对付物理驱动的纳米呆板人，则可以通过操纵施加物理场的强度巨细来操纵运行速率。比方有研究团队制备了光驱动的纳米呆板人，通过转变光芒的强弱举行动力学操纵。

图2 一些纳米呆板人的驱动体系和动力操纵道理（图片泉源：a-d：改自参考文献[2-3]；e：作者提供）

然而，纳米呆板人向肿瘤部位奔赴的旅程绝非坦途，高速流淌的血液、浓厚的基质和致密的细胞层都市形成拦阻。是以，为便利“纳米呆板人”在体内跋山涉水，科学家通常给予纳米呆板人锥形或螺旋形布局，减小其在流体中活动的阻力，便利其穿越基质停滞。

更为紧张的是，因为机体存在免疫体系，纳米呆板人面对被吞噬细胞吞噬扫除的危险。对此，科学家用细胞膜质料包裹纳米呆板人，给其穿上一层“迷彩衣”，以躲避免疫体系的辨认和打击。别的，因为血小板具有黏附肿瘤细胞的本领，有研究团队将纳米药物用血小板细胞膜包裹，如许不但改进了生物相容性，并且进步了药物向肿瘤构造的递送服从

2.导航体系——正确制导高性能

在错综庞大的体内，只有驱动体系的纳米呆板人无法鉴别偏向，难以完成靶向肿瘤的使命。是以，同时搭载导航体系非常须要。现在，科学家重要使用穿透力强且具有偏向性的磁场、红外线、超声波等信号指引纳米呆板人的活动偏向。共同新兴的体内成像技能，有望实现对纳米呆板人的长途准确操控。

同时，科学家也给纳米呆板人安置了肿瘤细胞的 “追踪器”：肿瘤细胞外貌每每有过分表达的特定卵白受体，在纳米呆板人外貌毗连特异辨认这些受体的配体，就可以或许精准地辨认并联合肿瘤细胞。比方哈尔滨产业大学的贺强团队采纳中性粒细胞（作者注：一种易于与肿瘤细胞联合的免疫细胞）吞噬磁性纳米药物，制备了基于中性粒细胞的纳米呆板人。这种纳米呆板人既可以或许在体外磁场的操控下产生定向活动，又具有中性粒细胞查找和辨认肿瘤细胞的特性，已经在体外血管模子和肿瘤小鼠中取得较好的成效[4]。

3.相应体系——对症下药显智能

假如将驱动体系比作纳米呆板人的双脚，那么智能相应体系则是它的大脑。

肿瘤的异质性是治疗中亟待办理的困难。纵然是罹患统一部位肿瘤的患者，肿瘤的性子也大概存在较大差别，必要担当本性化的治疗，但肿瘤的很多性子差别在体外难以检测。

假如纳米呆板人可以或许在体内对肿瘤举行全面阐发，并依据差别的肿瘤特性，赐与差别种类和剂量的药物，将对肿瘤的本性化治疗大有好处。智能相应体系就负担了“对症下药”的使命。现在，针对肿瘤特异性微情况（比方酸性和还原性情况），科学家设计了包罗种种相应元件的纳米呆板人。相应元件在血液轮回和正常构造中连结稳健，而在肿瘤微情况中产生选择性相应并开释药物。如许，既包管了药物的定点投放，又实现了肿瘤的特异性治疗。比方：国度纳米科学中间的赵宇亮院士团队将DNA适配体（作者注：可以或许与目的肿瘤高选择性联合的一段DNA序列）作为纳米呆板人的“释药开关”，使其可以或许在肿瘤部位定点开释药物[5]。又如：中科院上海药物研究所于水师团队设计制备了一种基于布尔运算（编者注：布尔运算，一种数字标记化的规律推演法）的载药纳米呆板人，针对酸性、还原性和特别酶3种差别的生物信号，纳米呆板人会解离出差别的药物[6]。

除此以外，可以或许吸收和处置惩罚多重生物信号的规律门控型纳米呆板人也是现在的研究热门。随着对智能相应体系的深入研究，将来的纳米呆板人有望实现体内的肿瘤诊疗一体化。

图3 一种诊疗一体化纳米呆板人的设计思绪（图片泉源：改自参考文献[6]）

结语

总之，纳米呆板人依附自我驱动，体内导航和智能相应的奇特上风，让它在肿瘤治疗方面具有宽阔的远景。别的，将来纳米呆板人另有望在体内成像、免疫疗法、微创手术等医疗范畴大放光荣。

但另一方面，作为一种新型载药体系，纳米呆板人也面对生物相容性较低、体内试验数据不敷、产业化生产门槛较高等挑衅。现在来说，大部门纳米呆板人仍处于体外试验或动物模子的验证阶段，离真正临床应用另有必然的间隔。我们期望在科学家们的受苦研究下，纳米呆板人可以或许降服这些题目，为医学带来革命性的希望。

你对纳米呆板人有什么期望？在批评区说说你的想法，大概有一天就成为实际了！

内容泉源：科学大院

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