医药魔方TB跨越100年！细菌抗癌，正在复兴
1966年的电影《Fantastic Voyage》描述了一组科学家被缩小并进入一艘小潜艇 ， 然后被注射到同事的血管中帮其清除大脑中致命血块的奇幻故事 。 这部经典影片是过去几十年中许多富有想象力的生物影片中的一部 。 与此同时 ， 科学家们一直在努力使类似的设想成为现实 ， 即制造能在人体内漫游的微型机器人以检测和治疗疾病 。
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尽管具有纳米马达和自主导航机载计算系统仍然是虚构的素材 ， 但研究人员已经设计并建造了大量用于诊断和治疗应用的微型纳米系统 ， 特别是在癌症方面 ， 这些系统可以被视为纳米机器人的早期原型 。
自1995年以来 ， FDA已经批准了50多种纳米药物（将药物包裹于纳米微粒之中） 。 如果这类药物具有了机器人的一个或多个特征 ， 如传感、机载计算、导航或自身供能 ， 就可以被视为“纳米机器人” ， 它们可以导向或优先聚集在肿瘤部位 ， 只有在特定的触发条件下才会释放药物 。
第一个被批准的纳米药物是Doxil? ， 一种脂质体纳米壳 ， 携带化疗药物阿霉素 。 静脉注射的纳米壳优先在肿瘤中积聚 ， 随着时间的推移缓慢地释放药物 。 从这个意义上说 ， 纳米机器人的基本形式已经在临床上使用 。
科学家可以通过控制纳米颗粒的形状、大小和组成 ， 以改善肿瘤靶向性 ， 而较新的系统则采用专门识别癌细胞的策略 。 尽管如此 ， 精确的肿瘤定位仍然是纳米机器人研发的“圣杯” 。
2016年的一项荟萃分析评估了过去10年在动物研究中测试的纳米运载工具的效能 ， 结果显示 ， 真正到达肿瘤部位的注射的纳米运载工具中位数小于1% ， 而这只能在主动靶向机制（如表面修饰有特异性抗体或多肽以结合肿瘤特异性受体）的作用下得到轻微改善 。
怎样才能让这些纳米机器人更好地将自己引导到肿瘤部位？无线能源传输仍然是一个巨大的挑战 ， 纳米级的电池效率不高 。 研究人员已经利用超声波或磁场等外力促进纳米药物向肿瘤组织的聚集 ， 但循环系统的流体动力学对纳米传送工具有影响 ， 其在血管系统的液体环境中航行时 ， 可能像是在蜂蜜中移动一样 。
不过一如既往 ， 自然界可能已经有一个解决办法：细菌微生物 。
微生物可通过螺旋状旋转纤毛或鞭毛的分子马达驱动其在流体中自主游动 ， 这一有效的推进机制激发了许多试图模仿这种功能的纳米机器人学家的兴趣 。 例如 ， 研究人员已经制造出螺旋状的磁性游泳机器人 ， 它可以在旋转磁场的作用下向前旋转 。 但细菌不仅仅是一个优秀的游泳榜样 ， 有些细菌本身就是治疗性的 。 此外 ， 微生物可以感知生化信号并相应地调整它们的轨迹 ， 类似于设想中的机载计算 。
利用细菌治疗癌症的想法并不新鲜 。 最早关于细菌作为癌症治疗方法的报道之一来自免疫疗法先驱William Coley ， 他在19世纪末认识到一些有皮肤感染的癌症患者更有可能好转 。 他开始将细菌毒素、热灭活微生物 ， 甚至链球菌的活培养物注射到不能手术的骨骼癌和软组织癌患者体内 ， 往往能缓解症状 。 这是一种大胆的做法 ， 因为在广泛使用抗生素之前 ， 这些细菌制剂有可能造成无法控制的感染 。 很大程度上 ， 因为这种危险以及放疗和化疗的兴起 ， 细菌作为癌症治疗药物的临床应用一直没有发展起来 。 而今天 ， 这一理念正在复兴 。
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William Coley（图片来源：The Scientist）
从生物和化学到材料科学、工程和计算机科学等领域的融合 ， 为癌症细菌疗法的发展开辟了新的途径 。
携带抗癌物的细菌
卡介苗是一种减毒活菌苗 ， 通常用于预防结核病 ， 在过去几十年中被重新应用于局部治疗膀胱癌 。 这种方法背后的原理类似于Coley的假设 ， 通过给病人注射细菌刺激病人的免疫系统来对抗癌症 。
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