诺贝尔奖技术的另一个应用:藻类

来源：生物科技Jun 2022-10-17 11:56

总之，这些结果表明，靶向给药和微藻主动运动相结合可以提高细菌性肺炎的治疗效果。

铜绿假单胞菌是一种常见的条件致病菌，是医院感染的主要致病菌之一。患有代谢性疾病、血液病和恶性肿瘤的患者，以及手术后或某些治疗后的患者易受这种细菌的影响。在重症监护室，P.铜绿假单胞菌还容易引起急性肺炎，导致危重患者插管时间延长，死亡风险明显增加。因此，抗菌治疗是决定细菌性肺炎预后的关键。

最近，在《Nature Materials》发表的一项新的概念验证研究中，来自加州大学圣地亚哥分校的一个研究小组开发了一种藻类-纳米颗粒混合微型机器人，用于体内治疗肺部感染。在急性铜绿假单胞菌感染的肺炎小鼠模型中，微型机器人显著降低了细菌载量，大大降低了动物死亡率。更重要的是，这种新方法只使用了非常少量的。本研究为研制用于治疗人类细菌性肺炎的体内微型机器人奠定了基础。

在过去的十年中，微纳机器人在生物医学应用方面的潜力已经得到了广泛的探索。早期的微型机器人主要由刚性金属或聚合物结构组成，用于体外应用。近年来，各种新型机器人平台为体内手术提供了更多独特的优势，包括改进的药物输送、深层组织成像和精密显微外科手术。然而，由于天然材料的可获得性、某些器官和组织的可及性和潜在毒性，以及在生物体液中的主动移动性，限制了微型机器人在活体中的应用。

在这项新的研究中，该团队创造了一种生物混合微型机器人，它由莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)组成，这是一种由涂有中性粒细胞膜的聚合物纳米粒子修饰的微藻，并装载了药物。这种藻类纳米机器人可用于治疗肺部感染或其他体内疾病。

为了将微藻转化为藻类-纳米粒子机器人，研究人员首先用叠氮N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯修饰藻类表面，然后通过点击化学(2022年获得诺贝尔化学奖的技术)将其与二苯并环辛烯(DBCO)修饰的中性粒细胞膜包被的聚合物纳米粒子偶联。这种类型的反应已经在许多应用中用于细胞修饰。

未修饰的微藻(左)和藻类纳米机器人(右)

研究人员观察到，藻类纳米机器人在模拟肺液(SLF)中显示出移动和药物装载的能力。值得注意的是，95%的藻类在SLF移动1小时后仍然存活，这反映了藻类在这些条件下的良好适应性。另外，由于藻类分布均匀，可以有效抑制巨噬细胞的吞噬作用。

接下来，研究人员在接种铜绿假单胞菌诱导的肺炎小鼠模型中检查了藻类纳米机器人治疗急性肺部感染的能力。结果显示，在14天的实验中，用藻类纳米机器人治疗的小鼠的细菌负荷比对照组降低了3个数量级，所有小鼠都存活了下来。与之形成鲜明对比的是，所有未接受治疗的老鼠都在三天内死亡。

随后，他们比较了藻类纳米机器人和传统静脉注射疗法的效果。在相同剂量下，海藻纳米机器人的治疗效果明显优于静脉注射。事实上，静脉注射的剂量必须比藻类细胞上装载的剂量高3000倍，才能在小鼠身上达到同样的效果。

研究人员认为，这种微型机器人可能会提高抗生素的渗透性，从而杀死铜绿假单胞菌，最终挽救更多生命。

另外，纳米颗粒和藻类在体内会自然降解，毒性可以忽略不计。

总之，这些结果表明，靶向给药和微藻主动运动相结合可以提高细菌性肺炎的治疗效果。该团队的下一步工作将是进一步研究藻类-纳米微型机器人如何与系统相互作用，然后扩大研究规模，以便在更大的动物中进行实验，最后在人类中进行实验。

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