随着微纳米技术和机器人学的不断进步，微纳机器人逐渐走向人们视野。微纳机器人指的是尺度介于微纳米级别，可以对微纳空间进行精细操作的机器人。由于其具有灵活运动、精确靶向、药物运输等能力，在疾病诊断治疗、靶向递送、无创手术等生物医学领域具有广阔的应用前景。然而现阶段针对微纳机器人的有关研究大多聚焦在体外，在体内治疗应用的更多预期功能仍然具有极大的挑战性。鉴于此，近日，浙江大学医学附属第二医院/转化医学研究院周民团队在微纳机器人体内癌症诊疗应用上取得新进展，在材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：15.621）在线发表题为“Photosynthetic Biohybrid Nanoswimmers System to Alleviate Tumor Hypoxia for Triple-Modal Imaging-Guided Radio-Photodynamic Synergetic Therapy”的研究论文。该工作利用了一种光合杂化的类生命微泳体微纳机器人，以微藻作为活体支架，“穿上”磁性涂层外衣，靶向输送至肿瘤组织，成功改善肿瘤乏氧微环境并有效实现磁共振/荧光/光声三模态医学影像指导下的肿瘤诊断与治疗。该论文被编辑部遴选为当期Inside Back Cover封面。

合微纳泳体
肿瘤组织的微环境，尤其是肿瘤组织内部存在的乏氧微环境，是导致众多肿瘤治疗方法出现耐受现象的重要原因之一。特别是在临床上常用的放射性治疗中，氧气参与辅助电离辐射诱导的DNA双螺旋结构的损伤，促使细胞凋亡，缺氧会影响放疗效果从而导致肿瘤细胞的耐受性。因此，如何有效减轻或逆转肿瘤的乏氧状态，是增强放射性治疗效果的重点研究内容。
本文设计的光合生物杂交微纳泳体系统（PBNs），即将超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒（Fe₃O₄NPs）通过浸涂工艺，均匀涂层至光合微藻-螺旋藻（Spirulina platensis）表面，得到生物杂交的磁化微纳泳体。这种杂交系统同时保持了微藻高效的产氧活性以及Fe₃O₄纳米颗粒的定向磁驱能力。磁性工程化PBNs能够在外部磁场控制下，靶向运动并积累至肿瘤，通过光合作用原位产生氧气来减轻肿瘤内部乏氧程度，从而提高放射疗法（RT）的效率。同时，经射线处理后PBNs释放的叶绿素能作为光敏剂，在激光照射下产生具有细胞毒性的活性氧（ROS），实现协同光动力治疗（PDT）。在小鼠的原位乳腺癌模型中，经增强的联合治疗展现了明显的肿瘤生长抑制作用。此外，PBNs除了具有Fe₃O₄涂层带来的优异T₂模式磁共振成像功能（MRI）外，还具有基于叶绿素的天然荧光（FLI）和光声成像（PAI）功能，可以无创性地监测肿瘤治疗情况和肿瘤微环境变化。更重要的是，该微纳泳体本质作为天然生物能够在体内得到有效降解，为生物杂化材料应用在靶向递送和体内生物医学中提供了转化前景。

BNs用于肿瘤靶向诊断及治疗
论文的第一作者是浙江大学转化医学院交叉学科博士生钟丹妮，浙江大学转化医学院周民研究员是论文的通讯作者。研究工作得到了浙江大学交叉学科项目、浙江大学恶性肿瘤预警与干预教育部重点实验室、浙江大学现代光学仪器国家重点实验室等的大力支持，该研究也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省重点研发计划等项目资助。
论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910395