这项研究是在小鼠身上进行的，展示了这些微小的纳米机器如何被尿液中存在的尿素推动并精确地靶向肿瘤，用其表面携带的放射性同位素攻击肿瘤。
膀胱癌是世界上发病率最高的疾病之一，是男性第四大常见肿瘤。尽管其死亡率相对较低，但近一半的膀胱肿瘤会在 5 年内复发，需要持续的患者监测。频繁的医院就诊和重复治疗的需要导致这种类型的癌症成为治疗成本最高的癌症之一。
虽然目前涉及直接将药物施用到膀胱的治疗方法显示出良好的生存率，但其治疗效果仍然很低。一种有前途的替代方案涉及使用能够将治疗剂直接递送至肿瘤的纳米颗粒。特别是，纳米机器人 – 具有在体内自我推进能力的纳米粒子 – 值得注意。
纳米机器人技术在膀胱癌治疗中的突破
现在，发表在著名期刊《自然纳米技术》上的一项研究揭示了一个研究小组如何通过单剂量尿素驱动的纳米机器人成功地将小鼠膀胱肿瘤的大小缩小了90%。
这些微小的纳米机器由一个由二氧化硅制成的多孔球体组成。它们的表面带有具有特定功能的各种组件。其中包括脲酶，这是一种与尿液中的尿素反应的蛋白质，使纳米颗粒能够推动自身。另一个关键成分是放射性碘，这是一种通常用于肿瘤局部治疗的放射性同位素。
该研究由加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）和CIC biomaGUNE与巴塞罗那生物医学研究所（IRB Barcelona）和巴塞罗那自治大学（UAB）合作领导，为创新的膀胱癌治疗铺平了道路。这些进步旨在缩短住院时间，从而降低患者的成本并提高患者的舒适度。
“单次给药时，我们观察到肿瘤体积减少了90%。鉴于患有此类肿瘤的患者通常有 6 到 14 次医院预约，目前接受治疗，这要高效得多。这种治疗方法将提高效率，减少住院时间和治疗成本，“IBEC的ICREA研究教授兼该研究的负责人Samuel Sánchez解释说。
已经在进行的下一步是确定这些肿瘤在治疗后是否复发。
进入膀胱的奇妙旅程
在之前的研究中，科学家们证实，纳米机器人的自我推进能力使它们能够到达所有膀胱壁。与目前的程序相比，这一特征是有利的，在目前的程序中，在直接将治疗施用到膀胱后，患者必须每半小时改变一次位置，以确保药物到达所有壁。
这项新研究更进一步，不仅证明了纳米颗粒在膀胱中的迁移率，还证明了它们在肿瘤中的特定积累。这一成就是通过各种技术实现的，包括小鼠的医学正电子发射断层扫描（PET）成像，以及研究完成后切除组织的显微镜图像。后者是使用IRB巴塞罗那专门为该项目开发的荧光显微镜系统捕获的。该系统扫描膀胱的不同层并提供 3D 重建，从而能够观察整个器官。
“我们开发的创新光学系统使我们能够消除肿瘤本身反射的光，使我们能够以前所未有的分辨率识别和定位整个器官的纳米颗粒，而无需事先标记。我们观察到纳米机器人不仅到达了肿瘤，而且还进入了肿瘤，从而增强了放射性药物的作用，“IRB巴塞罗那先进数字显微镜平台负责人Julien Colombelli解释说。
破译为什么纳米机器人可以进入肿瘤是一个挑战。纳米机器人缺乏特异性抗体来识别肿瘤，肿瘤组织通常比健康组织更坚硬。
“然而，我们观察到这些纳米机器人可以通过自我推进的化学反应局部增加pH值来分解肿瘤的细胞外基质。这种现象有利于更大的肿瘤穿透，并有利于在肿瘤中实现优先积累，“该研究的共同第一作者和IBEC研究员Meritxell Serra Casablancas解释说。
因此，科学家们得出结论，纳米机器人与尿路上皮细胞的碰撞就像一堵墙一样，但在海绵状的肿瘤中，它们穿透肿瘤并积聚在内部。一个关键因素是纳米机器人的移动性，这增加了到达肿瘤的可能性。
此外，根据CIC biomaGUNE的研究员和该研究的联合负责人Jordi Llop的说法，“携带放射性同位素的纳米机器人的局部给药降低了产生不良反应的可能性，并且肿瘤组织中的高积累有利于放射治疗效果。
“这项研究的结果为使用其他放射性同位素打开了大门，这些同位素具有更大的诱导治疗效果的能力，但在全身给药时，其使用受到限制，”该研究的共同第一作者Cristina Simó补充道。
塞缪尔·桑切斯（Samuel Sánchez）和他的团队已经开发了七年多的这些纳米机器人背后的技术，最近获得了专利，并成为2023年1月成立的IBEC和ICREA的衍生公司Nanobots Therapeutics的基础。
该公司由桑切斯创立，是研究和临床应用之间的桥梁：“为分拆获得强大的资金对于继续推进这项技术至关重要，如果一切顺利，将其推向市场和社会。6 月，在 Nanobots Tx 成立仅 5 个月后，我们成功完成了第一轮融资，我们对未来充满热情，“桑切斯强调说。
显微镜技术创新定位纳米机器人
使用纳米机器人对生物成像技术提出了重大的科学挑战，以可视化组织和肿瘤本身中的这些元素。常见的非侵入性临床技术，如PET，缺乏必要的分辨率，无法在微观水平上定位这些非常小的颗粒。因此，IRB Barcelona 的科学显微镜平台采用了一种显微镜技术，使用激光片来照亮样品，允许在与组织和颗粒相互作用时通过光散射获取 3D 图像。
在观察到肿瘤本身散射部分光并产生干扰后，科学家们开发了一种基于偏振光的新技术，可以抵消肿瘤组织和细胞的所有散射。这项创新使纳米机器人的可视化和定位成为可能，而无需事先使用分子技术进行标记。
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