微納機器人具有靈活運動、精確靶向、藥物運輸等能力，在疾病診斷治療、靶向遞送、無創(chuàng)手術等生物醫(yī)學領域具有廣闊的應用前景。然而現階段針對微納機器人在生物醫(yī)學領域的有關研究大多聚焦在體外水平，在活體水平的應用仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。

浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院/轉化醫(yī)學研究院周民研究員團隊研制出一款微納機器人，通過以微型螺旋藻作為活體模板，“穿上”磁性涂層外衣，靶向輸送至腫瘤組織，成功改善腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實現磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫(yī)學影像導航下的腫瘤診斷與治療。這項研究被刊登在材料領域著名期刊《先進功能材料》（AdvancedFunctional Materials），并被遴選為當期副封面。

腫瘤組織的微環(huán)境，尤其是腫瘤組織內部存在的乏氧微環(huán)境，是導致眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的重要原因之一。特別是在臨床上常用的放射性治療中，氧氣參與輔助電離輻射誘導的DNA雙螺旋結構的損傷，促使細胞凋亡，缺氧會影響放療效果從而導致腫瘤細胞的耐受性。因此，如何有效減輕或逆轉腫瘤的乏氧狀態(tài)，是增強放射性治療效果的重點研究內容。

工程化螺旋藻，可通過外部磁場控制下能定向移動

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該體系是一種光合生物雜交體系統(tǒng)，這個系統(tǒng)既保持了微藻高效的產氧活性，還兼有四氧化三鐵納米顆粒的定向磁驅能力。

工程化螺旋藻可通過光合作用可調節(jié)腫瘤乏氧

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二、借光合作用靶向治療腫瘤

磁性工程化PBNs能夠在外部磁場控制下，靶向運動并積累至腫瘤，通過光合作用原位產生氧氣來減輕腫瘤內部乏氧程度，從而提高放射療法（RT）的效率。同時，經射線處理后PBNs釋放的葉綠素能作為光敏劑，在激光照射下產生具有細胞毒性的活性氧（ROS），實現協同光動力治療（PDT）。此外，PBNs除了具有Fe?O?涂層帶來的優(yōu)異T2模式磁共振成像功能（MRI）外，還具有基于葉綠素的天然熒光（FLI）和光聲成像（PAI）功能，可以無創(chuàng)性地監(jiān)測腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。

腫瘤靶向、光動力能力及成像功能

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在小鼠的原位乳腺癌模型中，經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用。在治療中，通過體外磁場將微納機器人靶向運送并積累至腫瘤，通過體外光照，由光合作用原位產生氧氣來減輕腫瘤內部乏氧程度，從而提高放射療法的效率。在小鼠的原位乳腺癌模型中，經增強的聯合治療展現了明顯的腫瘤生長抑制作用。

增強放療/光動力協同治療抑制腫瘤生長并可以代謝出體外

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光合生物雜交微納泳體系統(tǒng)不僅對于放療具有積極作用，在經過射線處理后釋放的葉綠素能作為光敏劑，進而產生具有細胞毒性的活性氧來殺死腫瘤細胞，實現協同光動力治療。“正常的光動力治療需要氧氣和活性氧才能順利開展，目前的微納機器人能夠很好地解決這兩個需求。”?此外，微藻中含有的大量葉綠素，也具有的天然熒光和光聲成像功能，可以無創(chuàng)性地監(jiān)測腫瘤治療情況和腫瘤微環(huán)境變化。更重要的是，該微納泳體本質作為天然生物能夠在體內得到有效降解，為生物雜化材料應用在靶向遞送和體內生物醫(yī)學中提供了轉化前景。該微納泳體本質作為天然生物能夠在體內得到有效降解，為生物雜化材料應用在靶向遞送和體內生物醫(yī)學中提供了轉化前景。