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國際首例他們用光指揮斑馬魚的白細胞

2022-07-14 作者：葉青科技日報責任編輯：黃麗紅

摘要：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程遙控白細胞，從而主動調動身體的免疫能力。經過不懈努力，研究團隊在國際上首次完成了用光控制活體內白細胞激活和運動的研究工作。

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程遙控白細胞，從而主動調動身體的免疫能力。這并非科幻。我國科學家已實現了在活體上用光將白細胞變成“醫學微機器人”，可自主控制白細胞的激活和運動，這在國際上是第一例。7月13日，暨南大學李寶軍教授和鄭先創教授研究團隊的此項研究成果刊發在《美國化學學會核心科學》上。

像指揮士兵一樣控制白細胞

盡管現代醫學研究已經相當發達，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來對抗，如癌癥的免疫治療。另外，據統計，在傳統的藥物遞送方式中，很多時候藥物到達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。

“此項研究的目標是，希望能夠像指揮士兵作戰一樣，去主動控制活體免疫系統中的每一個白細胞，使其能夠直接、高效地清除外來異物，例如病毒和細菌。”鄭先創接受科技日報記者采訪時說。

為何把研究目標瞄準白細胞？“白細胞是人體對抗外來異物的第一道防線。一旦有細菌、病毒入侵，白細胞會率先與它們接觸。但白細胞執行清除任務的過程，具有自發的隨機性，很多時候可能會錯過一些細菌或病毒。”鄭先創介紹，“為此，我們提出了一種新辦法，即用光遠程控制白細胞。如果有外來異物入侵身體，而白細胞仍處于休眠狀態時，可通過操縱激光，喚醒睡眠中的白細胞并激活之，繼而控制它的運動，直接讓白細胞去清除異物，這個過程完全類似于遠程控制一個活體內的微機器人。”

“當然，這種‘醫學微機器人’并非是利用機械材料去活體中組裝一個機器人，而是基于已有的內源性白細胞，附加上我們的遠程光學控制系統，從而實現像控制機器人運動一樣，讓白細胞通過指定的軌跡運動到指定的地方去發揮作用。”鄭先創表示，“激活的白細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白細胞的激活工作

這項研究工作的難度不小，涉及光學工程和生物醫學兩大領域。“研究中，我們需要獨特的光學系統。在國家重大科研儀器研制項目‘突破衍射極限的三維精準納米光操控儀器研制’的支持下，我們建立了光操縱系統，可精準調控光的聚焦方式、操縱能力和掃描方式，并能同時進行光譜測量。”在此過程中，李寶軍和鄭先創研究團隊從生物醫學研究的需求出發，不斷優化系統設備。

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。“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，注射到這些細小的血管中。當時我們遇到了很大的技術挑戰。”鄭先創回憶道。

經反復嘗試，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，實現了對斑馬魚微小血管的精準注射。”他說。

經過不懈努力，研究團隊在國際上首次完成了用光控制活體內白細胞激活和運動的研究工作。“我們不光做到了，且做得比較細致，能夠定量地控制參數，對白細胞進行精準的激活或解激活。”鄭先創說。尤為突出的是，該研究不僅可讓白細胞響應免疫系統的需求，進而清除細菌和病毒，它還可以把白細胞變成扮演運輸任務的“微型飛船”，把藥物像乘客一樣精準運輸到病灶部位，實現高效治療。

“這是一項具有前驅性的研究工作，離最終的臨床應用還有很長的距離。”鄭先創坦言，作為基礎研究，目前研究只在斑馬魚身上進行，后續還將繼續優化，逐步在小鼠和大動物模型上進行實驗。至于何時能在人體上進行實驗，還有很長的路要走。（記者葉青通訊員李偉苗）

關鍵詞：白細胞,斑馬魚,衍射極限,微機器人,藥物

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