前沿进展 | 国际首例光控白细胞机器人
“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。
01 导读
近日，暨南大学李宝军教授研究团队在细胞微机器人研究中取得重大突破。他们用光将白细胞变成医用微机器人，指挥白细胞机器人在斑马鱼体内游走，到达指定位置并执行多项任务，这是活体内中性粒细胞的光学操纵被首次实现。
相关研究成果以“Optically Manipulated Neutrophils as Native Microcrafts In Vivo”为题于2022年7月13日发表在ACS Central Science上并被选为当期封面（图1）。
02 研究背景
医用微机器人可以帮助医生更好地实现疾病的诊断和治疗。目前，医用微机器人大多数是用人工合成材料制成的，需要注射或服用胶囊才能进入实验动物或人体内部，并且这些用人工合成材料制成的微机器人容易触发生物体内的免疫反应，导致其未完成任务就从体内被清除出去。基于活体内的内源性细胞构建医用微机器人为这一问题的解决提供了一种思路。
在活体内部的细胞中，中性粒细胞（一种白细胞）作为免疫系统抵御外来入侵的首道防线，可以吞噬外来病菌或负载药物，并能够穿越血管壁到达炎症组织，具备构建医用微机器人的天然潜质。
然而，体内白细胞在生物组织中的迁移主要依赖于自身的趋化运动完成，难以实现主动可控激活、快速迁移、精准航行等。因此，如何实现活体内白细胞的非接触远程遥控，将其构建成为内源性的白细胞微机器人，从而主动调动人体的免疫能力，是亟待攻克的问题。
03 研究创新点
该团队结合具有免疫功能的白细胞和智能化的光学操控系统，基于活的斑马鱼体内的白细胞构建出内源性且编程可控的白细胞微机器人，成功实现了白细胞微机器人的远程启动、可控航行、精准负载等系列功能，并可指令其穿越血管壁到达目标组织来执行最终任务（图2）。
图2 利用光学操纵系统精准控制白细胞机器人的运动和激活行为
他们还探索了白细胞机器人在三个领域的潜在应用（图3）：首先是同时捕获多个白细胞机器人，在不同白细胞机器人之间建立了蛋白微管的物理连接，实现了不同白细胞机器人之间的有效“对话”；其次是利用白细胞机器人本身的免疫吞噬特性，成功驱动白细胞机器人实现了纳米药物的负载，并驾驶其绕过血管的障碍物在目标位置处可控释放；第三个潜在应用是成功驱动白细胞机器人靠近细胞碎片，完成了清除任务。
图3 白细胞机器人的三个潜在应用：细胞对话、药物递送和目标清除
04 总结与展望
该团队用光对斑马鱼血管内自由流动的白细胞进行了稳定捕获、可控迁移、精准排列、动态旋转，甚至还指令白细胞负载药物，穿过血管壁进入生物组织，在生物组织间隙中按照指令航行，到达指定位置后执行药物释放、细胞碎片清除等任务。
论文链接：
国外报道链接：
https://acs.altmetric.com/details/132310986/news
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编辑 | 方紫璇
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