利用光镊将细胞变成医疗微型机器人

       据报道，暨南大学的研究人员成功在活斑马鱼体内实现中性粒细胞（一种白细胞）的光学操纵。细胞被扫描光镊远程引导，从而完成各种精确任务，但不会损坏周围组织或触发免疫反应（ACS Cent. Sci., doi: 10.1021/ACSCENTSCI.2C00468）。

       研究人员称，未来neutrobot 技术有望直接主动控制患者自身免疫系统的每一个白细胞，可以无创地将药物输送到身体的特定部位并治疗炎症性疾病，且不会有排斥的风险。

       医疗微型机器人作为一种治疗和预防体内疾病的工具，具有广阔的前景。但是，传统的微型机器人由合成材料制成，进入人体之后会触发免疫反应，不利于治疗的进行。虽然人体内的天然白细胞不会破坏宿主的生理环境，但它们在执行清除任务的过程，具有自发的随机性。

       为了克服上述挑战，研究人员提出了一种新技术，即用光远程控制白细胞。如果有外来异物入侵身体，而白细胞仍处于休眠状态时，可通过操纵激光，唤醒睡眠中的白细胞并将其激活，继而控制它的运动。

图1 光镊将中性粒细胞微型机器人引导至纳米颗粒（左）。微型机器人吸收纳米颗粒并将其移开（右图）。

       研究人员在论文中指出，“光镊由于其非接触、无损性、高精度的特性并且可在单细胞尺度上进行操作，因此在体内操纵血细胞方面表现出巨大的潜力。”

       实验中，团队选用波长为 1064 nm 的激光束，以此最大限度地减少对生物组织的光热和光动力损伤。他们首先演示了使用扫描光镊在培养皿中对neutrobot的精确导航。 然后，他们选择斑马鱼为实验对象，在国际上首次完成了用光控制活体内白细胞激活和运动的研究工作。

       在引导中性粒细胞通过体内障碍物之前，该团队用激光远程激活中性粒细胞，并将它们的最大速度标记为每秒 1.3 微米——比中性粒细胞自行移动的速度快三倍。接下来，研究人员在活斑马鱼的尾巴上探索了三种光学操纵中性粒细胞的潜在生物医学应用。通过使用扫描光镊精确控制荧光标记的neutrobot，该团队证明微型机器人可以通过血管进入周围组织（细胞内连接），导航并通过吞噬作用（消除细胞碎片）吸收死亡的红细胞 ，并搜寻塑料纳米颗粒，将其运输到指定位置（靶向纳米药物递送）。

       该团队坦言这是一项具有前驱性的研究工作，医疗微型机器人技术离最终的临床应用还有很长的距离。他们未来计划表征与中性粒细胞运动有关的内部机制，并增加体内neutrobot的数量以协调更复杂的医疗任务。