前列腺癌是男性最常見的腫瘤疾病，其治療在標(biāo)準(zhǔn)腫瘤治療中仍然是一大挑戰(zhàn)。磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人在現(xiàn)代納米醫(yī)學(xué)中，具有無線引導(dǎo)、有效細(xì)胞穿透和非侵入性驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。

近期，來自捷克布爾諾理工大學(xué)（Brno University of Technology）的Martin Pumera團(tuán)隊(duì)報(bào)道了用于原位治療前列腺癌的新型可生物降解磁驅(qū)動(dòng)含鋅與胱氨酸微型機(jī)器人。

在該研究中，微型機(jī)器人是基于可生物降解的胱氨酸微粒，通過簡(jiǎn)單的鋅介導(dǎo)的自組裝方法獲得。同時(shí)，鐵磁性能由Fe?O?納米顆粒（NPs）引入，從而允許可控的磁導(dǎo)航。

胱氨酸微型機(jī)器人可以在腫瘤細(xì)胞附近遞送并自然吸收，細(xì)胞內(nèi)還原環(huán)境可引起胱氨酸二硫鍵的斷裂，自發(fā)生物降解。因此，Zn2?作為治療前列腺癌（PC）的必需金屬離子，可以在細(xì)胞內(nèi)釋放，促進(jìn)癌細(xì)胞的殺傷（方案1）。

方案1磁驅(qū)動(dòng)胱氨酸微型機(jī)器人被遞送到前列腺癌（PC）細(xì)胞附近并被細(xì)胞吸收，細(xì)胞內(nèi)還原環(huán)境通過破壞二硫鍵和非共價(jià)分子間相互作用對(duì)微型機(jī)器人進(jìn)行生物降解，導(dǎo)致Zn2?的釋放，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的殺傷

圖1報(bào)告了制備胱氨酸微粒和相應(yīng)的胱氨酸微型機(jī)器人的方案，以及掃描電子顯微鏡（SEM）圖像和能量色散X射線光譜（EDX）圖像，可以觀察到胱氨酸微型機(jī)器人具有更高的表面粗糙度和較低的致密結(jié)構(gòu)（圖1a）。

圖1胱氨酸微粒及磁性胱氨酸微型機(jī)器人的制備與形態(tài)分析

研究人員使用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來操縱微型機(jī)器人，圖2a顯示了磁性設(shè)置的示意圖，圖2b報(bào)告了微型機(jī)器人的速度與施加磁場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度之間的關(guān)系。圖2c顯示了捕獲的延時(shí)光學(xué)顯微鏡圖像，證實(shí)了施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度與胱氨酸微型機(jī)器人的位移之間的相關(guān)性。通過打開或關(guān)閉磁場(chǎng)來研究精準(zhǔn)控制（圖 2d），在沒有磁場(chǎng)的情況下，微型機(jī)器人僅呈現(xiàn)布朗運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)打開磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生即時(shí)響應(yīng)。此外，微型機(jī)器人通過預(yù)定義的路徑導(dǎo)航到微流體通道，顯示遠(yuǎn)程良好控制的導(dǎo)航性（圖2e）。

圖2磁驅(qū)動(dòng)胱氨酸微型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析

胱氨酸在細(xì)胞中會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。為了證明胱氨酸微型機(jī)器人的有效酶還原，使用還原煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）為模型來探索其生物降解。圖3a報(bào)告了胱氨酸的NADH還原，從圖3b中報(bào)告的紫外-可見光譜中的吸收峰強(qiáng)度變化，證實(shí)了反應(yīng)的發(fā)生。

當(dāng)使用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）確定胱氨酸微型機(jī)器人的尺寸分布（圖3c），發(fā)現(xiàn)胱氨酸微型機(jī)器人逐漸自我降解。微型機(jī)器人具有出色的尺寸穩(wěn)定性（圖3d）。當(dāng)用純水處理時(shí)（圖3e），它們表現(xiàn)出高度的聚集。綜上所述，胱氨酸微型機(jī)器人在模擬生物環(huán)境中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

圖3胱氨酸微型機(jī)器人酶轉(zhuǎn)化

圖4報(bào)告了PC-3細(xì)胞的微分干涉對(duì)比（DIC）和熒光顯微鏡圖像，以驗(yàn)證胱氨酸微型機(jī)器人的內(nèi)化。圖4a中的圖像表明胱氨酸微型機(jī)器人在細(xì)胞中內(nèi)化。圖4b中報(bào)告的Z-stacks圖像正交投影的構(gòu)建通過觀察微型機(jī)器人定位后的熒光圖像的重疊來進(jìn)一步支持定位。

圖4PC-3細(xì)胞對(duì)胱氨酸微型機(jī)器人攝取的評(píng)估

用胱氨酸微型機(jī)器人和胱氨酸微粒孵育PC-3細(xì)胞后，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞增殖和死亡，研究細(xì)胞毒性作用。用胱氨酸微型機(jī)器人處理細(xì)胞的活力百分比（圖5a），隨著使用濃度增加而降低，并且產(chǎn)生半細(xì)胞生長(zhǎng)抑制的濃度低于胱氨酸微粒（圖5b）。

通過實(shí)時(shí)成像（圖5c），在存在胱氨酸微型機(jī)器人的情況下顯示出更高的細(xì)胞增殖減少。因此，胱氨酸微型機(jī)器人顯示出比胱氨酸微粒更高的細(xì)胞毒性。可能是添加Fe?O? NPs后微粒形態(tài)的急劇變化（圖5d），有利于Zn2?的釋放。

圖5胱氨酸微型機(jī)器人對(duì)活PC-3細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用

本文介紹的處理PC細(xì)胞的有效策略是基于氨基酸胱氨酸的新型自降解磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人，并可以通過鋅介導(dǎo)的自組裝方法制造，表征結(jié)果證實(shí)了這種新型微型機(jī)器人，可以通過內(nèi)化方式以非侵入性方法殺死腫瘤細(xì)胞，在將來有望用于PC治療。

審核編輯：劉清