国际首例他们用光指挥斑马鱼的白细胞

2022-07-14 作者：叶青科技日报责任编辑：黄丽红

摘要：未来，如果你生病了，除了吃药外，还有更多简单高效的治疗方式可选择，比如用光照一照身体就能远程遥控白细胞，从而主动调动身体的免疫能力。经过不懈努力，研究团队在国际上首次完成了用光控制活体内白细胞激活和运动的研究工作。

未来，如果你生病了，除了吃药外，还有更多简单高效的治疗方式可选择，比如用光照一照身体就能远程遥控白细胞，从而主动调动身体的免疫能力。这并非科幻。我国科学家已实现了在活体上用光将白细胞变成“医学微机器人”，可自主控制白细胞的激活和运动，这在国际上是第一例。7月13日，暨南大学李宝军教授和郑先创教授研究团队的此项研究成果刊发在《美国化学学会核心科学》上。

像指挥士兵一样控制白细胞

尽管现代医学研究已经相当发达，但迄今为止，人类许多重大疾病主要还是依赖人体自身的免疫系统来对抗，如癌症的免疫治疗。另外，据统计，在传统的药物递送方式中，很多时候药物到达病灶位置的剂量可能还不到1%。这意味着绝大部分药物在递送途中丢失了。

“此项研究的目标是，希望能够像指挥士兵作战一样，去主动控制活体免疫系统中的每一个白细胞，使其能够直接、高效地清除外来异物，例如病毒和细菌。”郑先创接受科技日报记者采访时说。

为何把研究目标瞄准白细胞？“白细胞是人体对抗外来异物的第一道防线。一旦有细菌、病毒入侵，白细胞会率先与它们接触。但白细胞执行清除任务的过程，具有自发的随机性，很多时候可能会错过一些细菌或病毒。”郑先创介绍，“为此，我们提出了一种新办法，即用光远程控制白细胞。如果有外来异物入侵身体，而白细胞仍处于休眠状态时，可通过操纵激光，唤醒睡眠中的白细胞并激活之，继而控制它的运动，直接让白细胞去清除异物，这个过程完全类似于远程控制一个活体内的微机器人。”

“当然，这种‘医学微机器人’并非是利用机械材料去活体中组装一个机器人，而是基于已有的内源性白细胞，附加上我们的远程光学控制系统，从而实现像控制机器人运动一样，让白细胞通过指定的轨迹运动到指定的地方去发挥作用。”郑先创表示，“激活的白细胞要运动到什么位置、走什么路径、用什么速度，都可通过程序来控制。”

首次完成用光控制活体内白细胞的激活工作

这项研究工作的难度不小，涉及光学工程和生物医学两大领域。“研究中，我们需要独特的光学系统。在国家重大科研仪器研制项目‘突破衍射极限的三维精准纳米光操控仪器研制’的支持下，我们建立了光操纵系统，可精准调控光的聚焦方式、操纵能力和扫描方式，并能同时进行光谱测量。”在此过程中，李宝军和郑先创研究团队从生物医学研究的需求出发，不断优化系统设备。

研究选择斑马鱼为实验对象，因为斑马鱼的基因跟人类高度同源。但棘手问题随之而来：如何将药物静脉注射到斑马鱼的血管内。“斑马鱼的体形很小，成鱼体长只有3—4厘米，幼鱼体长仅有几毫米，它们的血管更是细小到只有十几个微米左右。而我们的研究需要将模型纳米药物通过静脉注射方式，注射到这些细小的血管中。当时我们遇到了很大的技术挑战。”郑先创回忆道。

经反复尝试，他们最终搭建出一套显微注射装置并能熟练操作，解决了这一技术难题。“我们把斑马鱼放到显微镜下，通过微控制器按钮来操纵微型注射器的上下左右移动，实现了对斑马鱼微小血管的精准注射。”他说。

经过不懈努力，研究团队在国际上首次完成了用光控制活体内白细胞激活和运动的研究工作。“我们不光做到了，且做得比较细致，能够定量地控制参数，对白细胞进行精准的激活或解激活。”郑先创说。尤为突出的是，该研究不仅可让白细胞响应免疫系统的需求，进而清除细菌和病毒，它还可以把白细胞变成扮演运输任务的“微型飞船”，把药物像乘客一样精准运输到病灶部位，实现高效治疗。

“这是一项具有前驱性的研究工作，离最终的临床应用还有很长的距离。”郑先创坦言，作为基础研究，目前研究只在斑马鱼身上进行，后续还将继续优化，逐步在小鼠和大动物模型上进行实验。至于何时能在人体上进行实验，还有很长的路要走。（记者叶青通讯员李伟苗）

关键词：白细胞,斑马鱼,衍射极限,微机器人,药物

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