生物杂化马达：纳米世界的“海豚救生员”

海豚是一种具有高智商的动物，海豚与人类的许多相似之处一直为人津津乐道，特别是将落水者推回岸边，让海豚获得了“海上救生员”的美誉。而在纳米尺度中，科学家同样能够通过化学、生物等手段，将免疫细胞与合成载体整合成生物杂化马达，充当“体内清道夫”的角色。这些杂化马达能够像海豚一样，将载荷运输到病变部位再完成释放，达到智能运输的目的。

哈尔滨工业大学的贺强教授（点击查看介绍）研究团队在国际上首次将天然活性中性粒细胞和具有高载药能力的人工合成介孔硅纳米粒子结合，成功地构筑了趋化性导向的自驱动生物杂化马达，有望实现微纳米马达在生物体内的自寻药物靶向运输。该研究成果以“趋化性导向的中性粒细胞杂化马达用于药物主动靶向运输”为题发表于国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition。

A. 生物杂化马达趋化运动及靶向治疗示意图；B. 有无大肠杆菌情形下生物杂化马达运动对比，为激光共聚焦扫描显微镜照片；C. 有无大肠杆菌情形下杂化马达运动轨迹对比；D. 生物杂化马达运动中转动角分布统计。

正如许多科幻小说和电影所描述的情节，构筑能够在血液中自主行走并完成药物靶向运输等复杂任务的微纳米机器一直是人类的梦想。近年来，科学家们发展了一系列基于原位化学反应或者外物理场驱动的人造微纳米马达，但还难以像天然生物马达那样高效而自主地游向病变部位并实现药物的可控释放。解决这一难题的思路是取法自然，即直接利用自然界中具有自主运动功能的生物马达，如人体免疫组织中具有趋化性的中性粒细胞。中性粒细胞作为生物免疫系统中的重要的一员，具有优异的化学驱向性及吞噬能力，可以通过化学信号的诱导、迁移并聚集到炎症或感染部位。然而，如何引入必要的人造组分构筑生物杂化马达又不丧失生物马达原有的生物活性和趋向性仍是一个巨大的挑战。通过进一步向自然界学习，贺强研究团队巧妙地引入天然的大肠杆菌细胞膜对人造纳米粒子进行表面伪装，很好地解决了这一难题。研究表明，通过大肠杆菌细胞膜对介孔硅纳米粒子的生物界面化修饰显著提高了中性粒细胞对介孔硅纳米粒子的摄入量，并有效封装了介孔硅内部的药物分子，避免药物分子泄露对中性粒细胞的毒副作用。该生物杂化马达能够沿着细菌释放的化学驱化因子梯度进行定向迁移，实现了马达对病变部位的主动寻找和药物的主动靶向运输，为生物杂化马达的设计和构造提供了的新途径。

该论文作者为：Dr. Jingxin Shao, Dr. Mingjun Xuan, Hongyue Zhang, Dr. Xiankun Lin, Dr. Zhiguang Wu, Prof. Qiang He

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Chemotaxis-Guided Hybrid Neutrophil Micromotors for Targeted Drug Transport

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12935, DOI: 10.1002/anie.201706570

导师介绍

贺强

http://www.x-mol.com/university/faculty/46676