基于细菌的生物杂交微型机器人执行有朝一日与癌症作斗争的任务

研究人员在细菌上添加的第二种成分是磁性纳米颗粒。当暴露在磁场中时，氧化铁颗粒就会成为这种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——这是一种针对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的绳子是一种非常稳定且难以破坏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非常有用。

大肠杆菌是快速和多功能的游泳者，可以在从液体到高粘性组织的各种物质中导航。但这还不是全部，它们还拥有高度先进的传感能力。细菌被吸引到化学梯度，如低氧水平或高酸性-这两种在肿瘤组织附近普遍存在。通过近距离注射细菌来治疗癌症被称为细菌介导的肿瘤治疗。微生物流到肿瘤所在的地方，在那里生长，以这种方式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一直是一种治疗方法。

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超能力的方法。他们为细菌配备了额外的成分来帮助它们进行战斗。然而，添加人工组件并非易事。复杂的化学反应在起作用，而装载在细菌上的粒子的密度率很重要，以避免稀释。斯图加特的车队现在把标准提高了很多。他们成功地在100个细菌中装备了86个脂质体和磁性粒子。

科学家们展示了他们是如何成功地通过不同的路径从外部引导如此高密度的溶液的。首先，通过一个两端有两个室室的l型狭窄通道，每个室室中有一个肿瘤球体。第二种是更窄的结构，类似于小血管。他们在一侧增加了一个额外的永久磁铁，并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。第三步——更进一步——研究小组引导微型机器人通过粘性胶原蛋白凝胶(类似肿瘤组织)，其硬度和孔隙度分为三个级别，从软到中等到刚性。胶原蛋白越硬，蛋白质网就越紧，细菌就越难从基质中找到出路。研究小组表明，一旦他们添加了一个磁场，细菌就能一直导航到凝胶的另一端，因为细菌的力更大。由于不断排列，细菌找到了穿过纤维的方法。

一旦微型机器人聚集在所需的点(肿瘤球体)，近红外激光产生温度高达55摄氏度的射线，触发脂质体的熔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，我们就能精确地将粒子引向肿瘤。一旦有足够多的微型机器人包围肿瘤，我们就用激光对准组织，从而触发药物释放。现在，不仅免疫系统被触发唤醒，而且额外的药物也有助于摧毁肿瘤，”Birgül Akolpoglu说，他是MPI-IS身体智能系的博士生。她是该出版物的第一作者”可磁引导的细菌微型机器人在三维生物矩阵中移动，用于刺激响应式货物运输”由体能智力系的前博士后研究员尤努斯·阿拉潘博士共同领导。该研究于2022年7月15日发表在《科学进展》杂志上。

Alapan补充说:“这种现场给药对患者来说是微创的，无痛，毒性最小，药物会在需要的地方发挥作用，而不是在整个身体内。”

“基于细菌的生物杂交微型机器人具有医疗功能，有一天可以更有效地对抗癌症。这是一种新的治疗方法，与我们今天治疗癌症的方法相差不远，”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巨大的。我们的工作是旨在造福社会的基础研究的一个很好的例子。”