光驱动的中性粒细胞可用作医疗微型机器人

研究人员利用激光精确控制活鱼体内的白细胞，证明可以“远程控制”身体的一些原生细胞，以高度精确的方式完成各种任务。这些任务有一天可能包括生物医学应用，例如靶向药物输送和炎症性疾病的精确治疗。

由中国暨南大学李宝军博士和郑先创博士组成的研究小组成功地利用光控中性粒细胞“微工艺”来引导细胞间连接、输送纳米药物并有针对性地消除细胞碎片。他们在ACSCentralScience的一篇文章(“光学操纵中性粒细胞作为体内的原生微工艺”)中报告了他们的结果。

医疗微型设备和微型机器人在生物技术和精准医疗领域引起了广泛关注。目前正在开发的医疗应用需要注射或服用胶囊才能将其放入动物或人体内。一旦进入内部，设备可能会遇到生物屏障(例如血管壁)。此外，它们大多数是由可引发体内免疫反应的合成材料制成的。

研究人员目前的工作克服了这些障碍。他们使用中性粒细胞(体内已经存在的细胞)来避免引发免疫反应。中性粒细胞还具有通过血管迁移到邻近组织的天然能力。

研究人员指出：“与传统的医疗微型设备不同，这种中性粒细胞微型工艺没有人工微结构和侵入性植入过程。”“它表现出高生物相容性[和]轻微的免疫原性。”

为了操纵中性粒细胞，他们使用了称为光镊的高度聚焦激光束。研究人员写道：“光镊在体内操纵血细胞方面表现出了巨大的潜力，因为它们具有非接触式和非侵入性、单细胞精度，并且不受特定材料特性的严格限制。”

早期的研究表明，中性粒细胞可以在实验室培养皿中用激光引导，将它们作为“中性机器人”移动。但到目前为止，这种方法的可行性尚未在活体动物中进行过探索。

在当前的研究中，研究人员使用聚焦激光束作为远程光镊来操纵活体斑马鱼尾部的中性粒细胞。光驱动的微型机器人的移动速度可达1.3µm/s，比中性粒细胞自然移动的速度快三倍。

他们使用光镊来精确、主动地控制中性粒细胞作为免疫系统一部分所执行的功能。例如，他们将中性机器人穿过血管壁移动到周围组织中。他们操纵另一个来拾取和运输塑料纳米颗粒，显示出其携带药物的潜力。当研究人员将中性机器人推向红细胞碎片时，它吞噬了这些碎片。令人惊讶的是，与此同时，另一种不受激光控制的中性粒细胞试图自然地去除细胞碎片。

这项工作为开发用于体内生物医学应用的微型机器人铺平了道路，例如药物的靶向输送和疾病的精确治疗。研究人员总结道：“这个概念为在体内积极执行复杂的医疗任务带来了巨大的希望，在治疗炎症性疾病方面具有巨大的潜在用途。”