【人物与科研】暨南大学辛洪宝课题组Adv. Funct. Mater.：水动力生物微马达镊子实现无损伤式药物靶向递送与精准治疗

导语

靶向递送可以将药物或细胞精准递送至病患部位，对于精准医疗有着非常重要的意义。然而，传统药物递送需要先将药物负载于递药载体上，然后借助载体的移动来递送药物，这种递送会损伤药物的活性。近日，针对这一问题，暨南大学辛洪宝教授课题组利用光力控制的旋转衣藻细胞构建出水动力生物微马达镊子，用其实现了非接触、无损伤的药物靶向递送及单细胞治疗。相关成果在线发表于Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.202111038）。

辛洪宝教授课题组简介

辛洪宝教授课题组照片

辛洪宝教授课题组成立以来一直从事生物光学操控与探测方面的基础研究，近年来围绕光镊、生物微马达、纳米等离子生物光学探测等研究方向在Nat. Rev. Mater.、Nat. Comm.、Adv. Mater.、Light: Sci. Appl.、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.等国际知名学术期刊发表论文近50篇。课题组长期招聘对生物光学操控与探测感兴趣的博士后。

辛洪宝教授简介

辛洪宝，暨南大学纳米光子学研究院教授，纳米生物光子学实验室主任。先后于中山大学获学士和博士学位，之后在美国加州大学伯克利分校和新加坡国立大学从事科研工作。2018被暨南大学聘为教授。获广东省杰出青年科学基金（2019）、广东省自然科学一等奖（排名2）、全球光电大会青年科学家奖、全国光学优秀博士论文奖等。

前沿科研成果

水动力生物微马达镊子实现无损伤式药物靶向递送于精准治疗

目前临床上采用的注射或口服的给药方式都是利用药物分子或药物载体在血液、淋巴等体液中的被动扩散完成的，靶向性和选择性欠佳。自驱动微纳米马达因其极佳的自主运动能力和导航特性，可在非入侵模式下精准靶向目标细胞或病变组织，从而有效提高药物在靶向部位的富集、滞留与渗透，在精准医疗方面展现出广阔的应用前景（Sci. Rob. 2020, 5, eaba6137；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1722；ACS Nano 2020, 14, 2982）。但是，传统的微纳米马达药物递送技术需要将药物/细胞直接负载于递药载体上，这些负载及卸载的步骤会对药物/细胞的活性造成不可避免的损伤。此外，传统基于合成材料的微纳米马达往往也存在生物兼容性差的限制。在前期生物微马达构建（Nano Lett. 2020, 20, 7177）及光学操控（Adv. Mater. 2020, 32, 2001994）工作基础上，辛洪宝教授课题组利用光学捕获的方法，以天然具有生物兼容性和运动能力的衣藻细胞为唯一材料，构建了基于光力控制旋转衣藻细胞的水动力生物微马达镊子，在非接触模式下实现了对活细胞的无损伤操控及可控运输，还实现了针对单细胞的药物靶向精准递送和治疗（图2）。

图2. 水动力生物微马达镊子用于非接触式药物精准靶向递送示意图

（来源：Adv. Funct. Mater.）

该水动力生物微马达镊子由两个光力控制的衣藻细胞构成。通过利用扫描光镊技术进行光学捕获，随机游动的衣藻细胞转变为做可控旋转运动的微马达，从而带动周围的流体产生旋流，进而通过流体的运动实现对目标物的非接触式无损操控（图3）。当控制两个微马达的旋转速度和旋转方向均相同时，在流场的中心可形成旋流驻点，利用该驻点可实现对目标物的稳定捕获。

图3. 水动力生物微马达镊子对目标物非接触操控与捕获

（来源：Adv. Funct. Mater.）

在此基础上，利用光镊可灵活移动的优势，通过同时移动两个微马达沿预定的轨迹运动，改变驻点位置，从而实现目标物的可控运输。研究表明，这种水动力生物微马达镊子可在唾液、血浆、血液等不同生物流体与狭窄封闭环境中，对任意形状、尺寸的生物目标物实现无损伤靶向递送（图4）。课题组还成功实现了向单个血癌细胞的药物靶向递送和精准可控杀伤（图5）。

图4. 水动力生物微马达镊子对生物目标物的非接触、无损伤可控递送

（来源：Adv. Funct. Mater.）

图5. 水动力生物微马达镊子对单个血癌细胞的靶向药物递送和精准杀伤

（来源：Adv. Funct. Mater.）

综上，这种基于光力控制的水动力生物微马达镊子为构建生物兼容的智能微纳生物机器人拓宽了思路，并为生物药物/细胞的无损伤靶向递送、单细胞层面药物测试、单细胞精准治疗等提供了新方法。

该论文共同第一作者为暨南大学纳米光子学研究院潘婷副教授和史阳助理教授，论文通讯作者为暨南大学纳米光子学研究院辛洪宝教授和李宝军教授。暨南大学纳米光子学研究院为论文唯一完成单位，该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金杰出青年项目等的资助支持。

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