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Nature子刊：基于趋磁/趋氧细菌的纳米机器人靶向肿瘤缺氧区
肿瘤细胞的快速增殖会消耗大量氧气，这会导致肿瘤内部形成氧消耗殆尽的区域，此区被称为缺氧区。目前的药物载体如脂质体、胶束以及聚合物纳米粒子，通常难以到达缺氧区。靶向肿瘤缺氧区主要受三个方面的限制：一是过于依赖于血流循环时间；二是缺少深入肿瘤的推动力；三是缺少能感知和靶向缺氧区域的传感器。
由加拿大蒙特利尔综合理工学院的纳米机器人实验室主任Sylvain Martel教授领衔的研究团队，通过与蒙特利尔大学以及加拿大麦吉尔大学的研究人员合作，成功研制出基于趋磁/趋氧细菌的纳米机器人，借助于外加磁场的导向及细菌本身对低氧区域的感知，这种纳米机器人能有效地将药物运载到肿瘤深处和缺氧区，相关研究结果发表于Nature Nanotechnology杂志上。（Magneto-aerotactic bacteria deliver drug-containing nanoliposomes to tumour hypoxic regions, Nature Nanotech., 2016, DOI: 10.1038/NNANO.2016.137）
Sylvain Martel教授。图片来源：Polytechnique Montréal
研究人员所利用的趋磁细菌，是一种能够在胞体内合成磁小体（具有磁性的纳米粒子，成分通常为四氧化三铁）的细菌，其在地球磁场的作用下，可凭借磁力向更适宜其生存的缺氧深水区移动。受此启发，研究人员猜想这类细菌在肿瘤中也同样会向缺氧区移动。
细菌优先滞留于肿瘤缺氧区域。图片来源：Nature Nanotech.
研究人员首先将细菌注射在肿瘤周围，并用荧光标记细菌（绿色）来示踪。接着他们用探针标记肿瘤缺氧区（棕色），并惊喜地发现细菌的位置与缺氧区域相重合，这表明细菌能够自主地向肿瘤缺氧区游动。
在外磁场作用下细菌能深入肿瘤内部。图片来源：Nature Nanotech.
接着研究人员将荷瘤小鼠置于计算机控制的磁场中，并在瘤周围注射细菌，结果发现磁场可以使细菌渗透到肿瘤深处且遍布整个肿瘤。
活细菌比死细菌更能渗透肿瘤。图片来源：Nature Nanotech.
研究人员将此现象归于三个方面的原因：一是外磁场的导向作用；二是细菌的自推进作用；三是对缺氧区域的感知。他们进一步采用聚合物微球及死细菌对比实验，发现两者在肿瘤内的扩散都受到了限制。
基于细菌的载药体系。图片来源：Nature Nanotech.
最后，研究人员将载药的脂质体通过碳二亚胺法连接在细菌表面，构建成新型的纳米药物载体。在外磁场、细菌自推进及对缺氧区的感知的共同作用下，药物能被有效地运载并滞留在肿瘤缺氧区。
Sylvain Martel教授展望道：“这种纳米载体不仅可以运载化学药物，还可以成为诸如成像试剂以及其他治疗试剂的新型运载工具。例如，将辐射增敏试剂利用我们的载体运输到肿瘤缺氧区，可以解决肿瘤放射治疗中难以杀死乏氧癌细胞的难题。”
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.137.html
（本文由冰供稿）