未來，如果你生病了，除了吃藥外，還有更多簡單高效的治療方式可選擇，比如用光照一照身體就能遠(yuǎn)程遙控白細(xì)胞，從而主動調(diào)動身體的免疫能力。這并非科幻。我國科學(xué)家已實現(xiàn)了在活體上用光將白細(xì)胞變成“醫(yī)學(xué)微機器人”，可自主控制白細(xì)胞的激活和運動，這在國際上是第一例。7月13日，暨南大學(xué)李寶軍教授和鄭先創(chuàng)教授研究團(tuán)隊的此項研究成果刊發(fā)在《美國化學(xué)學(xué)會核心科學(xué)》上。
像指揮士兵一樣控制白細(xì)胞
盡管現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，但迄今為止，人類許多重大疾病主要還是依賴人體自身的免疫系統(tǒng)來對抗，如癌癥的免疫治療。另外，據(jù)統(tǒng)計，在傳統(tǒng)的藥物遞送方式中，很多時候藥物到達(dá)病灶位置的劑量可能還不到1%。這意味著絕大部分藥物在遞送途中丟失了。
“此項研究的目標(biāo)是，希望能夠像指揮士兵作戰(zhàn)一樣，去主動控制活體免疫系統(tǒng)中的每一個白細(xì)胞，使其能夠直接、高效地清除外來異物，例如病毒和細(xì)菌。”鄭先創(chuàng)接受科技日報記者采訪時說。
為何把研究目標(biāo)瞄準(zhǔn)白細(xì)胞？“白細(xì)胞是人體對抗外來異物的第一道防線。一旦有細(xì)菌、病毒入侵，白細(xì)胞會率先與它們接觸。但白細(xì)胞執(zhí)行清除任務(wù)的過程，具有自發(fā)的隨機性，很多時候可能會錯過一些細(xì)菌或病毒。”鄭先創(chuàng)介紹，“為此，我們提出了一種新辦法，即用光遠(yuǎn)程控制白細(xì)胞。如果有外來異物入侵身體，而白細(xì)胞仍處于休眠狀態(tài)時，可通過操縱激光，喚醒睡眠中的白細(xì)胞并激活之，繼而控制它的運動，直接讓白細(xì)胞去清除異物，這個過程完全類似于遠(yuǎn)程控制一個活體內(nèi)的微機器人。”
“當(dāng)然，這種‘醫(yī)學(xué)微機器人’并非是利用機械材料去活體中組裝一個機器人，而是基于已有的內(nèi)源性白細(xì)胞，附加上我們的遠(yuǎn)程光學(xué)控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)像控制機器人運動一樣，讓白細(xì)胞通過指定的軌跡運動到指定的地方去發(fā)揮作用。”鄭先創(chuàng)表示，“激活的白細(xì)胞要運動到什么位置、走什么路徑、用什么速度，都可通過程序來控制。”
首次完成用光控制活體內(nèi)白細(xì)胞的激活工作
這項研究工作的難度不小，涉及光學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)兩大領(lǐng)域。“研究中，我們需要獨特的光學(xué)系統(tǒng)。在國家重大科研儀器研制項目‘突破衍射極限的三維精準(zhǔn)納米光操控儀器研制’的支持下，我們建立了光操縱系統(tǒng)，可精準(zhǔn)調(diào)控光的聚焦方式、操縱能力和掃描方式，并能同時進(jìn)行光譜測量。”在此過程中，李寶軍和鄭先創(chuàng)研究團(tuán)隊從生物醫(yī)學(xué)研究的需求出發(fā)，不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備。
研究選擇斑馬魚為實驗對象，因為斑馬魚的基因跟人類高度同源。但棘手問題隨之而來：如何將藥物靜脈注射到斑馬魚的血管內(nèi)。“斑馬魚的體形很小，成魚體長只有3—4厘米，幼魚體長僅有幾毫米，它們的血管更是細(xì)小到只有十幾個微米左右。而我們的研究需要將模型納米藥物通過靜脈注射方式，注射到這些細(xì)小的血管中。當(dāng)時我們遇到了很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。”鄭先創(chuàng)回憶道。
經(jīng)反復(fù)嘗試，他們最終搭建出一套顯微注射裝置并能熟練操作，解決了這一技術(shù)難題。“我們把斑馬魚放到顯微鏡下，通過微控制器按鈕來操縱微型注射器的上下左右移動，實現(xiàn)了對斑馬魚微小血管的精準(zhǔn)注射。”他說。
經(jīng)過不懈努力，研究團(tuán)隊在國際上首次完成了用光控制活體內(nèi)白細(xì)胞激活和運動的研究工作。“我們不光做到了，且做得比較細(xì)致，能夠定量地控制參數(shù)，對白細(xì)胞進(jìn)行精準(zhǔn)的激活或解激活。”鄭先創(chuàng)說。尤為突出的是，該研究不僅可讓白細(xì)胞響應(yīng)免疫系統(tǒng)的需求，進(jìn)而清除細(xì)菌和病毒，它還可以把白細(xì)胞變成扮演運輸任務(wù)的“微型飛船”，把藥物像乘客一樣精準(zhǔn)運輸?shù)讲≡畈课唬瑢崿F(xiàn)高效治療。
“這是一項具有前驅(qū)性的研究工作，離最終的臨床應(yīng)用還有很長的距離。”鄭先創(chuàng)坦言，作為基礎(chǔ)研究，目前研究只在斑馬魚身上進(jìn)行，后續(xù)還將繼續(xù)優(yōu)化，逐步在小鼠和大動物模型上進(jìn)行實驗。至于何時能在人體上進(jìn)行實驗，還有很長的路要走。
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