혁명적인 쌍둥이

중국과학원 작성2023년 3월 10일

효모 마이크로/나노로봇은 트윈 엔진을 활용하여 위장관 내 및 관외 환경에서 자체 추진합니다. 크레딧: SIAT

자체 추진 및 탐색 기능을 갖춘 마이크로/나노로봇은 접근하기 어려운 신체 조직에서 운동을 제어할 수 있기 때문에 약물 전달 및 치료 분야에서 광범위한 주목을 받고 있습니다.

그러나 먼 병변에 도달하기 위해 여러 생물학적 장벽을 넘어 구동 메커니즘을 조정할 수 있는 자가 적응형 마이크로/나노로봇을 개발하는 것은 여전히 ​​어려운 과제입니다.

최근 중국과학원 심천첨단기술연구소(SIAT) 린타오 차이(Lintao Cai) 교수 연구팀이 자체 추진 및 적응 기능을 갖춘 트윈 바이오엔진 효모 마이크로/나노로봇(TBY-robot)을 개발했다. 효소-대식세포 전환(EMS)을 통해 위장 염증 치료를 제공하기 위해 염증 부위를 자율적으로 탐색할 수 있는 기능.

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"}]">과학은 발전합니다.

여러 생물학적 장벽을 넘어 장거리 운송을 위한 TBY 로봇의 EMS 전달. 크레딧: SIAT

연구진은 항염증성 나노입자로 포장된 효모 마이크로캡슐의 표면에 포도당 산화효소와 카탈라아제를 비대칭적으로 고정시켜 TBY 로봇을 구성했습니다. 균질한 포도당 농도에서 효소의 야누스 분포는 포도당 분해를 촉매하여 TBY 로봇 자체 추진 운동을 유도하는 국소 포도당 구배를 생성할 수 있습니다.

장내 포도당 구배가 있는 경우 경구용 TBY 로봇은 포도당 구배를 향해 이동하여 장 점액 장벽을 관통한 다음 마이크로폴드 세포 트랜스사이토시스에 의해 장 상피 장벽을 통과합니다. CAI 교수는 "우리는 TBY 로봇이 점액 장벽을 효과적으로 침투하고 장내 포도당 구배를 향해 이동하는 이중 효소 구동 엔진을 사용하여 장내 체류를 눈에 띄게 강화했다는 사실을 발견했습니다."라고 말했습니다.

페이어 패치의 대식세포 바이오엔진으로 현장 전환한 후, TBY 로봇은 케모카인 유도 대식세포 전달을 통해 위장관의 염증 부위로 자율적으로 이동합니다. CAI 교수는 “TBY 로봇이 질병 부위의 약물 축적을 약 1000배 증가시켜 대장염 및 위궤양 마우스 모델에서 염증을 현저히 약화시키고 질병 병리를 개선시켰다”고 말했다.

이 트윈 바이오엔진 전달 전략은 Peyer의 패치를 전송 스테이션으로 사용하는 EMS를 사용하는 시퀀스 중심 프로세스입니다. 이 과정은 여러 생물학적 장벽을 넘어 멀리 떨어져 있고 뿌리깊은 질병 부위로 치료제를 정확하게 전달할 수 있습니다.

CAI 교수는 “운송 경로는 다양한 교통기관을 이용해 먼 곳까지 소포를 정확하게 배달하는 속달우편과 비슷하다”고 말했다. 이러한 자가 적응형 TBY 로봇은 위장 염증 및 기타 염증성 질환의 정밀 치료를 위한 안전하고 유망한 전략을 나타냅니다.

참고 자료: Baozhen Zhang, Hong Pan, Ze Chen, Ting Yin, Mingbin Zheng 및 Lintao Cai의 "위장 염증 치료를 위한 효소 작동 및 대식세포 릴레이를 사용하는 트윈 바이오엔진 자가 적응형 마이크로/나노로봇", 2023년 2월 22일, Science Advances.DOI : 10.1126/sciadv.adc8978