本研究由大邱庆北科技学院的Hyoryong Lee和Sukho Park主导，研究成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。该论文探讨了一种新型的磁驱动螺旋微型机器人，具备磁性纳米颗粒（MNP）回收和双药物顺序释放的能力，旨在提高癌细胞的治疗效率。
癌症是全球死亡率较高的疾病之一，随着癌症发病率的持续上升，开发有效的癌症治疗方法显得尤为重要。现有的癌症治疗方法包括药物治疗、放疗和光动力疗法等，但这些方法在准确靶向病灶和减少对正常细胞的毒性方面存在局限性。为了解决这些问题，研究者们开始关注能够通过电磁驱动系统（EMA）进行精确靶向的微型机器人。这些微型机器人具有最小侵入性和减少对正常细胞副作用的优点。然而，现有的医疗微型机器人在药物释放方面存在缓慢的问题，难以在所需时间内有效治疗癌细胞。因此，开发具有可控药物释放能力的微型机器人成为了研究的热点。
在这项研究中，研究团队提出了一种新型微型机器人，能够在精确靶向后分离和回收附着在其表面的MNP，并顺序释放两种药物（吉西他滨（GEM）和多柔比星（DOX））。具体而言，微型机器人在靶向后，利用聚焦超声（FUS）将附着的MNP从微型机器人表面分离，并通过外部磁场进行回收。随后，利用近红外（NIR）光源激活释放第一种药物GEM，随着微型机器人逐渐降解，第二种药物DOX也会被释放。这种顺序释放机制能够显著提高癌细胞的治疗效率。
研究团队通过一系列实验验证了所提出的微型机器人的性能，包括靶向能力、MNP的分离与回收以及双药物的顺序释放。实验结果表明，所提出的微型机器人在癌细胞治疗中具有良好的应用前景，能够有效克服现有微型机器人在癌症治疗中的局限性。
在研究过程中，团队使用了Nanoscribe的设备photonic professional GT进行微型机器人的制造。通过两光子光刻（TPL）技术，研究者们能够在玻璃基底上精确地制造出具有所需螺旋形状的微结构。这种微结构的设计使得微型机器人在高粘度液体中能够有效操控，并且其材料基于明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）和聚乙烯醇二酰胺（PEGDA），具有良好的生物相容性和生物降解性。
在实验中，研究者们还探讨了MNP对正常细胞的影响，特别是对人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的细胞毒性。结果显示，未分离的MNP会导致正常细胞的氧化应激和细胞凋亡，而通过FUS分离和回收MNP后，细胞的存活率显著提高。这一发现强调了在癌症治疗中，微型机器人不仅要有效靶向癌细胞，还需减少对正常细胞的毒性。
此外，研究还表明，顺序释放双药物的策略能够有效克服癌细胞对单一药物的耐药性。通过在体外实验中使用HuCCT1肝癌细胞，研究者们验证了GEM和DOX的顺序释放对癌细胞的治疗效果。实验结果显示，当GEM首先释放后，再释放DOX时，治疗效果最佳。这一发现为未来的癌症治疗提供了新的思路，表明通过优化药物释放的时间间隔，可以显著提高治疗效果。
总之，本研究提出的微型机器人不仅在癌症治疗中展现出良好的应用潜力，还为未来的癌症治疗方法提供了新的方向。通过结合EMA、FUS和NIR等技术，研究团队成功实现了微型机器人的靶向、MNP的分离与回收以及双药物的顺序释放。这一创新的治疗策略有望在临床应用中显著提高癌细胞的治疗效率，并减少对正常细胞的毒性。未来，研究团队计划通过进一步的医学验证，优化双药物的释放时间间隔，以期在实际治疗中取得更好的效果。
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https://doi.org/10.1021/acsami.3c01087