深圳先進(jìn)院AIE納米仿生機(jī)器人研究取得重要進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所納米醫(yī)療技術(shù)研究中心蔡林濤研究員、張鵬飛副研究員、龔萍研究員、鄧冠軍博士等與香港科技大學(xué)唐本忠院士及湘潭大學(xué)陳華杰教授合作，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間努力，成功研發(fā)出一種基于聚集發(fā)光元件的AIE納米仿生機(jī)器人系統(tǒng)用于血腦屏障穿越及腦膠質(zhì)瘤靶向診療。相關(guān)論文Natural-Killer-Cell-Inspired Nanorobots with Aggregation-Induced Emission Characteristics for Near-Infrared-II Fluorescence-Guided Gliomas Theranostics（受到自然殺傷細(xì)胞啟發(fā)的具有聚集發(fā)光特性的納米機(jī)器人用于近紅外二區(qū)熒光引導(dǎo)的腦膠質(zhì)瘤診療研究）在線發(fā)表于納米醫(yī)學(xué)頂級(jí)期刊ACS NANO（IF=14.588）上（DOI: 10.1021/acsnano.0c03824），并已申請(qǐng)1項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201911128402.9)。
人們?nèi)粘Ｉ钸^(guò)程中所使用的機(jī)器，或者是一般意義上的機(jī)器，大部分是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的構(gòu)件組成的，當(dāng)構(gòu)件與構(gòu)件之間在獲得合適的能量之后就會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。納米機(jī)器人(nanorobot)是機(jī)器人工程學(xué)的一種新興科技，是當(dāng)今高新科技的前沿?zé)狳c(diǎn)之一，它是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米機(jī)器人的材料設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)研究，歸根結(jié)底需要在分子層次以上的介觀層次或者更大的聚集態(tài)層次對(duì)于分子聚集體進(jìn)行系統(tǒng)的研究，而聚集誘導(dǎo)發(fā)光（aggregation-induced emission, AIE）為聚集態(tài)科學(xué)的研究提供了一塊極好的研究平臺(tái)。自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK細(xì)胞)是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞，不僅與抗腫瘤、抗病毒感染和免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，而且在某些情況下參與超敏反應(yīng)和自身免疫性疾病的發(fā)生，它不依賴抗體和補(bǔ)體，即能直接殺傷靶細(xì)胞，如腫瘤細(xì)胞或受病毒感染的細(xì)胞等；此外，尚有免疫調(diào)節(jié)功能，也參與移植排斥反應(yīng)和某些自身免疫病的發(fā)生發(fā)展。自然殺傷細(xì)胞的功能和其細(xì)胞膜表面的多種抗原蛋白具有密切聯(lián)系。
基于前期NK細(xì)胞膜仿生納米載體系統(tǒng)的工作基礎(chǔ)（ACS Nano 2018, 12, 12, 12096-12108），通過(guò)借鑒科幻電影《終結(jié)者》中終結(jié)者機(jī)器人T-800的設(shè)計(jì)理念，粵港兩地研究人員合作開(kāi)發(fā)了以AIE聚合物材料為內(nèi)骨骼，以自然殺傷細(xì)胞膜為外部皮膚的“終結(jié)者”納米機(jī)器人系統(tǒng)，這一系統(tǒng)既保留了AIE材料在聚集態(tài)的優(yōu)越的近紅外二區(qū)發(fā)光性能，同時(shí)賦予了AIE材料自然殺傷細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)與識(shí)別的功能。所構(gòu)建的納米機(jī)器人可以通過(guò)調(diào)控血腦屏障表皮細(xì)胞間的緊密連接（TJs），引發(fā)血-腦屏障細(xì)胞骨架重排，導(dǎo)致細(xì)胞間隙增大而形成細(xì)胞間“綠色通道”，幫助自己穿越血腦屏障。在跨越血腦屏障進(jìn)入腦部區(qū)域后，這些納米機(jī)器人可以利用NK細(xì)胞膜表面蛋白與腫瘤細(xì)胞膜表面受體的特異性識(shí)別富集到腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)。
借助于深圳先進(jìn)院自行搭建的近紅外二區(qū)共聚焦細(xì)胞成像平臺(tái)、近紅外二區(qū)流式細(xì)胞分析平臺(tái)和近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像平臺(tái)，科研人員分別從細(xì)胞水平和活體水平對(duì)納米機(jī)器人的靶向能力進(jìn)行了驗(yàn)證，在原位移植了腦膠質(zhì)瘤的小鼠模型上實(shí)現(xiàn)高信噪比腦部腫瘤成像引導(dǎo)的光熱治療，為腦腫瘤及其他腦部疾病的診療提供了新的工具。
該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省、深圳市、中科院科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
AIE納米仿生機(jī)器人示意圖及腦膠質(zhì)瘤靶向診療示意圖
