小鼠100%存活：微型药物输送机器人可以治疗危及生命的肺炎病例

来自加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师们创造了被称为microrobots的微型机器人，它们可以在肺部游动，输送药物，并被用于治疗威胁生命的细菌性肺炎。这些微型机器人安全地消除了导致小鼠肺部肺炎的细菌，使小鼠100%存活。相比之下，没有得到治疗的小鼠在感染三天后全部死亡。这一发现最近发表在《自然材料》杂志上。这些微型机器人是由海藻细胞构建的，这些细胞的表面有含有抗生素的纳米颗粒。藻类提供了流动性，使微型机器人能够游动并将抗生素直接送到肺部的更多细菌中。构成含抗生素的纳米颗粒的可生物降解的小聚合物球体上涂有中性粒细胞的细胞膜，这是一种白血球的类型。

这些细胞膜的独特之处在于，它们吸收并中和由细菌和人体免疫系统产生的炎症分子。因此，微型机器人能够更好地对抗肺部感染，因为它们能够减少有害的炎症。

由海藻细胞（绿色）覆盖着可生物降解的聚合物纳米颗粒（棕色）制成的对抗肺炎的微型机器人的彩色SEM图像。这些纳米颗粒含有抗生素，并涂有嗜中性粒细胞膜。

加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的纳米工程教授Joseph Wang和Liangfang Zhang合作完成了这个项目。Wang是微纳米机器人领域的领军人物，Zhang更擅长于开发类似于活细胞的纳米粒子以治疗感染和疾病

他们一起率先开发了微小的药物输送机器人，可以安全地用于活体动物，治疗胃和血液中的细菌感染。治疗细菌性肺部感染是他们这一行的最新工作。

"我们的目标是向身体中更具挑战性的部分，如肺部，进行有针对性的药物输送，希望以一种安全、简便、生物相容性和持久的方式来做这件事。这就是我们在这项工作中所证明的。"

该团队使用微型机器人来治疗由铜绿假单胞菌引起的急性和潜在致命形式的肺炎的小鼠。这种形式的肺炎通常影响到在重症监护室接受机械通风的病人。研究人员通过插入气管的管子向小鼠的肺部注射了微型机器人。感染在一周后完全清除了。所有接受微机器人治疗的小鼠都活过了30天，而未接受治疗的小鼠则在3天内死亡。

用微机器人治疗也比向血液中静脉注射抗生素更有效。后者需要的抗生素剂量比微机器人使用的剂量高3000倍，以达到相同的效果。作为比较，微机器人的剂量为每只小鼠提供500纳克的抗生素，而静脉注射为每只小鼠提供1.644毫克的抗生素。

该团队的方法之所以如此有效，是因为它将药物直接放在它需要去的地方，而不是通过身体的其他部分扩散。这些结果显示了有针对性的药物输送与微藻的活性运动相结合是如何提高疗效的。

"通过静脉注射，有时只有非常小部分的抗生素会进入肺部。这就是为什么目前许多抗生素治疗肺炎的效果不尽如人意，导致最严重的病人死亡率非常高，"加州大学圣地亚哥分校医学院和斯卡格斯药学与制药学院教授Victor Nizet说，他是这项研究的共同作者，是Wang和Zhang的医生科学家合作者。"根据这些小鼠的数据，我们看到微型机器人有可能提高抗生素的穿透力，以杀死细菌病原体，拯救更多患者的生命。"

而且，如果想到把海藻细胞放进你的肺里让你感到胆怯，研究人员说这种方法是安全的。治疗后，身体的免疫细胞会有效地消化海藻，以及任何剩余的纳米颗粒。没有任何有毒物质被留下。

这项工作仍处于概念验证阶段。该团队计划做更多的基础研究，以了解微型机器人与免疫系统的确切互动方式。接下来的步骤还包括研究验证微型机器人的治疗方法，并在对更大的动物和最终对人类进行测试之前扩大其规模。

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