レボリューションツイン

中国科学院より2023年3月10日

酵母マイクロ/ナノロボットは、双発エンジンを利用して消化管腔内および腔外環境で自走します。 クレジット: SIAT

自己推進機能とナビゲーション機能を備えたマイクロ/ナノロボットは、到達しにくい身体組織内での移動制御が可能なため、薬物送達と治療において幅広い注目を集めています。

しかし、複数の生物学的障壁を越えて駆動機構を調整して遠くの病変に到達できる自己適応型マイクロ/ナノロボットの開発は依然として課題である。

最近、中国科学院深セン先端技術研究所（SIAT）のリンタオ・カイ教授率いる研究チームは、自己推進性と自己適応性を備えたツインバイオエンジン酵母マイクロ/ナノロボット（TBYロボット）を開発した。炎症部位に自律的に移動して、酵素マクロファージスイッチング（EMS）を介して胃腸炎症治療を提供できる機能。

This study was published on February 22 in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">科学は進歩します。

複数の生物学的障壁を越えた長距離輸送のための TBY ロボットの EMS 配送。 クレジット: SIAT

研究者らは、抗炎症性ナノ粒子で包まれた酵母マイクロカプセルの表面にグルコースオキシダーゼとカタラーゼを非対称的に固定化することにより、TBYロボットを構築した。 均一なグルコース濃度では、酵素のヤヌス分布がグルコースの分解を触媒し、TBY ロボットの自走運動を誘導する局所的なグルコース勾配を生成します。

腸内グルコース勾配の存在下では、経口TBYロボットはグルコース勾配に向かって移動して腸粘液関門を通過し、次にマイクロフォールド細胞トランスサイトーシスによって腸上皮関門を通過します。 「私たちは、TBYロボットが粘液バリアを効果的に貫通し、腸内グルコース勾配に向かって移動する二重酵素駆動エンジンを使用して腸内滞留を顕著に強化することを発見しました」とCAI教授は述べた。

パイエル板のマクロファージバイオエンジンにその場で切り替えた後、TBY ロボットはケモカイン誘導マクロファージリレー送達によって消化管の炎症部位に自律的に移動します。 「心強いことに、TBYロボットは患部での薬物蓄積を約1000倍増加させ、大腸炎と胃潰瘍のマウスモデルにおいて炎症を顕著に軽減し、疾患病理を改善した」とCAI教授は述べた。

このツインバイオエンジン送達戦略は、パイエル板を転送ステーションとして使用する EMS を使用したシーケンス駆動のプロセスです。 このプロセスにより、治療薬を複数の生物学的障壁を越えて、遠く離れた根深い疾患部位まで正確に輸送することができます。

CAI教授は、「この輸送ルートは、異なる輸送機関を利用して遠方の目的地に荷物を正確に届ける速達サービスと似ている」と述べた。 これらの自己適応型 TBY ロボットは、胃腸炎やその他の炎症性疾患を正確に治療するための安全で有望な戦略となります。

参考文献：「胃腸炎治療のための酵素作動とマクロファージリレーを使用したツインバイオエンジン自己適応マイクロ/ナノロボット」Baozhen Zhang、Hong Pan、Ze Chen、Ting ying、Mingbin Zheng、Lintao Cai著、2023年2月22日、Science Advances.DOI : 10.1126/sciadv.adc8978