中性粒細(xì)胞是最豐富的粒細(xì)胞類型，占人類所有白細(xì)胞的40%至70%。作為宿主抵抗入侵病原體的第一道防線，中性粒細(xì)胞具備固有的吞噬能力，可以吸收納米顆粒和吞噬死亡的紅細(xì)胞，并在激活后清除外來病原體和加載靶點(diǎn)；而且，還能跨血管遷移到臨近組織。因此，它們成為執(zhí)行體內(nèi)醫(yī)學(xué)任務(wù)的天然候選者。
然而，現(xiàn)有大多數(shù)基于中性粒細(xì)胞的治療策略依賴于細(xì)胞自發(fā)的趨化運(yùn)動(dòng)，從而缺乏有效激活、快速遷移和高精度導(dǎo)航。
近日，發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)旗下期刊《ACSCentralScience》上的一項(xiàng)新研究中，來自暨南大學(xué)納米光子學(xué)研究院李寶軍教授和鄭先創(chuàng)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)通過將中性粒細(xì)胞的先天免疫功能與智能光學(xué)操縱有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在活體上用光將中性粒細(xì)胞變成治療疾病的“微型機(jī)器人”。
目前大多數(shù)微型機(jī)器人都是由合成材料制成的，這些材料已被證明會(huì)觸發(fā)小型動(dòng)物的免疫反應(yīng)，所以它們?cè)诘竭_(dá)病灶之前就不得不被移出體外。
在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)使用內(nèi)源性細(xì)胞，即中性粒細(xì)胞，代替以注射或口服膠囊的方式將微型機(jī)器人植入動(dòng)物或人體內(nèi)的策略，不需要人工微結(jié)構(gòu)和侵入性植入過程，因此避免了復(fù)雜的制備技術(shù)和組織損傷。
已有研究表明，中性粒細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中被激光引導(dǎo)和移動(dòng)，但該團(tuán)隊(duì)希望在活體動(dòng)物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)。
這項(xiàng)研究涉及光學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)兩大領(lǐng)域。首先，研究人員建立了光操縱系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)調(diào)控光的聚焦方式、操縱能力和掃描方式，并能同時(shí)進(jìn)行光譜測(cè)量。
然后，他們選擇斑馬魚為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，因?yàn)榘唏R魚的基因與人類高度同源。然而，有一個(gè)棘手問題也隨之而來：如何將藥物靜脈注射到斑馬魚的血管中。
研究共同通訊作者鄭先創(chuàng)說：“斑馬魚的體形很小，成魚體長(zhǎng)只有3至4厘米，幼魚體長(zhǎng)僅有幾毫米，它們的血管更是細(xì)小到只有十幾個(gè)微米左右。而我們的研究需要將模型納米藥物通過靜脈注射方式，注射到這些細(xì)小的血管中。當(dāng)時(shí)我們遇到了很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。”
經(jīng)反復(fù)嘗試，他們最終搭建出一套顯微注射裝置解決了這一技術(shù)難題。他們把斑馬魚放到顯微鏡下，通過微控制器按鈕來操縱微型注射器的上下左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斑馬魚微小血管的精準(zhǔn)注射。
中性粒細(xì)胞通過光遠(yuǎn)程激活，然后沿著指定路線導(dǎo)航到目標(biāo)位置，并在體內(nèi)完成其任務(wù)，如主動(dòng)細(xì)胞間連接、靶向遞送納米藥物、精準(zhǔn)清除細(xì)胞碎片。這一切都不需要對(duì)原生中性粒細(xì)胞進(jìn)行額外的構(gòu)建或修飾。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種方法可以使中性粒細(xì)胞每秒移動(dòng)1.3微米，比其自然移動(dòng)速度快了三倍左右。
由于成功在活體動(dòng)物內(nèi)操縱中性粒細(xì)胞，這項(xiàng)研究提高了靶向藥物遞送和精準(zhǔn)治療疾病的可能性。
該團(tuán)隊(duì)表示，這是一項(xiàng)具有前驅(qū)性的研究工作，但離最終的臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。作為基礎(chǔ)研究，目前研究只在斑馬魚身上進(jìn)行，后續(xù)還將繼續(xù)優(yōu)化，逐步在小鼠和大動(dòng)物模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。至于何時(shí)能在人體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還有很長(zhǎng)的路要走。
