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纳米机器人在体内的集体运动，助力生物临床实践！

大学仕 2021-03-19 09:48

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纳米机器人是一种部件在纳米尺度(百万分之一毫米)的机器，它可以被设计成能够在流体中自动移动的机器。尽管纳米机器人仍处于研究和开发阶段，但在生物医学领域已经取得了重大进展，使其成为现实。它们的应用非常不同:从识别肿瘤细胞，到在身体特定位置释放药物。催化酶驱动的纳米机器人是最有希望的系统之一，因为它们完全具有生物兼容性，并且可以利用体内已有的“燃料”来推动它们。然而，了解这些纳米机器人的集体行为对于推动它们在临床实践中的应用至关重要。

现在,科学家的一篇新研究(“Swarming behavior and in vivo monitoring of enzymatic nanomotors within the bladder”)有了记载。IBEC首席研究员Samuel Sánchez宣称，能够看到纳米机器人如何一群一群一起移动，并在一个活的有机体中跟踪它们，这是非常重要的，因为需要数以百万计的纳米机器人来治疗特定的病理，例如癌症肿瘤。CIC biomaGUNE放射化学和核成像实验室首席研究员Jordi Llop解释说，我们首次证明了纳米机器人可以通过正电子发射断层扫描(PET)在体内进行监测，PET是一种高敏感、无创的技术，目前应用于生物医学环境。

PET-CT成像是在纳米机器人在尿素的作用下，分别在0,25和45分钟后进行的。(图片:Pedro Ramos, Cristina Simó / CIC biomaGUNE, IBEC, UAB).为此，研究人员首先进行了体外实验，通过光学显微镜和正电子发射断层扫描(PET)监测纳米机器人。这两种技术都允许他们观察纳米颗粒是如何与流体混合的，并能够沿着复杂的路径集体迁移。这些纳米机器人随后被静脉注射到老鼠体内，最后被植入这些动物的膀胱中。由于纳米机器人被一种叫做脲酶的酶所覆盖，这种酶以尿液中的尿素作为燃料，它们一起游泳，诱导膀胱内的液体流动。

群居活动类似于鸟群或鱼群的集体活动

这组科学家发现，纳米设备在小鼠膀胱内的分布是均匀的，这表明集体运动是协调和有效的。纳米机器人表现出与自然界相似的集体运动，比如鸟类成群飞行，或者鱼群遵循的有序模式，IBEC的ICREA研究教授Samuel Sánchez解释道。我们已经看到表面有脲酶的纳米机器人比那些没有脲酶的移动速度快得多。因此，这证明了纳米机器人将能够更好地到达肿瘤并穿透它的最初理论的概念，CIC biomaGUNE的首席研究员Jordi Llop说。这项研究证明了数以百万计的纳米设备在体外和体内环境中以协调的方式移动的高效率，这一事实构成了纳米机器人竞赛的一个根本进步，成为高度精确的治疗和治疗的关键参与者。

这些纳米器件在医学上的应用前景广阔。也被证实,这些设备可以监测使用的运动成像技术,可以应用于体内环境,换句话说,他们可以应用于测试动物和提供潜在的转移到人类,克里斯蒂娜单补充道,他这项研究的第一作者和研究人员在中投biomaGUNE组。这是我们第一次能够直接可视化生物兼容纳米机器人在体内生物液体中的主动扩散。监测它们在体内活动的可能性，以及它们呈现出更均匀分布的事实，可能会彻底改变我们理解基于纳米颗粒的药物传递和诊断方法的方式。

“纳米机器人群”在黏性介质中可能特别有用，因为在黏性介质中，药物扩散常常受到血管形成不良的限制，例如在胃肠道、眼睛或关节中。Sánchez教授总结道，事实上，由于不同的酶可以被整合到微型马达中，纳米机器人可以根据生物体内部的部分进行调整，使设备适应它们必须移动的环境中可获得的燃料。

来源：贤集网

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