细菌生物混合微型机器人将成为对抗癌症的利器！

斯图加特-马克斯普朗克智能系统研究所身体智能系的一组科学家通过装备将机器人与生物学结合起来：细菌与人工成分构建生物杂交微型机器人。首先，如图1所示，研究小组将几个纳米脂质体附着在每个细菌上。在它们的外圈，这些球形载体包裹着一种材料(ICG，绿色粒子)，这种材料在近红外光照射下就会融化。再往中间，在水核内部，脂质体包裹着水溶性化疗药物分子(DOX)。

携带纳米脂质体(200 nm)和磁性纳米颗粒(100 nm)的细菌生物杂交体。纳米脂质体装载有化疗DOX和光热剂ICG，通过生物素-链霉亲和素相互作用，两种物质均与大肠杆菌(长度为2 - 3 m)偶联。   

研究人员附着在细菌上的第二种成分是磁性纳米颗粒。当暴露在磁场中时，氧化铁颗粒充当了这种已经高度活跃的微生物的顶部助推器。这样，就更容易控制细菌的游动——这是一种面向体内应用的改进设计。与此同时，将脂质体和磁性颗粒与细菌结合在一起的绳索是一种非常稳定且难以打破的链霉亲和素和生物素复合物，这是几年前开发的，在构建生物杂交微型机器人时很有用。

大肠杆菌是一种快速而多才多艺的游泳者，它可以在液体和高粘性组织等各种物质中穿梭。但这还不是全部，它们还拥有高度先进的传感能力。细菌会被化学梯度吸引，比如低氧水平或高酸度——这两种情况在肿瘤组织附近都很常见。通过近距离注射细菌治疗癌症被称为细菌介导的肿瘤治疗。微生物流向肿瘤所在的地方，在那里生长，从而激活患者的免疫系统。一个多世纪以来，细菌介导的肿瘤治疗已经成为一种治疗方法。

在过去的几十年里，科学家们一直在寻找进一步增强这种微生物的超能力的方法。他们给细菌配备了额外的成分来帮助战斗。然而，添加人工组件并非易事。复杂的化学反应在起作用，而颗粒的密度率在细菌上起着重要作用，以避免被稀释。斯图加特的这支球队现在已经把门槛提高了不少。他们成功地为100个细菌中的86个同时配备了脂质体和磁性颗粒。

科学家们展示了他们如何成功地在外部引导这种高密度溶液通过不同的过程。首先，通过一个l形的狭窄通道，每一端有两个隔间，每个隔间里有一个肿瘤球体。第二种是更狭窄的类似小血管的装置。他们在一边添加了一个额外的永久磁铁，展示了他们如何精确地控制装载药物的微型机器人朝向肿瘤球体。第三，更进了一步，该团队带领微型机器人通过一种粘性胶原蛋白凝胶(类似肿瘤组织)，这种凝胶有三个硬度和孔隙度，从软到中到硬。胶原蛋白越硬，蛋白质链网越紧，细菌就越难找到穿过基质的路。研究小组表明，一旦他们加入磁场，细菌就会成功地导航到凝胶的另一端，因为细菌有更高的力。由于不断排列，细菌找到了一条穿过纤维的路。

一旦微型机器人聚集到所需的点(肿瘤球)，一个近红外激光产生温度高达55摄氏度的射线，触发脂质体的融化过程和封闭药物的释放。低pH值或酸性环境也会导致纳米脂质体破裂——因此药物会自动在肿瘤附近释放。

“想象一下，我们将把这种基于细菌的微型机器人注射到癌症患者的体内。有了磁铁，我们就能精确地把粒子引向肿瘤。一旦足够多的微型机器人包围肿瘤，我们就用激光照射肿瘤组织，从而触发药物释放。现在，不仅免疫系统被触发醒来，而且额外的药物也有助于摧毁肿瘤，”Birgül Akolpoglu说。

Alapan补充说:“这种现场分娩对患者的创伤最小，无痛，毒性最小，药物将在需要的地方发挥作用，而不是在整个身体内。”

“具有医疗功能的细菌生物混合微型机器人有一天可以更有效地对抗癌症。这是一种新的治疗方法，离我们今天治疗癌症的方式不远了，”身体智能部门的负责人、该出版物的最后一位作者Metin Sitti教授说。“医用微型机器人在寻找和摧毁肿瘤细胞方面的治疗效果可能是显著的。我们的工作是基础研究的一个很好的例子，旨在造福我们的社会。”