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(diào)動身體的免疫能力。這并非科幻。我國科學家已實現(xiàn)了在活體上用光將白細胞變成“醫(yī)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(chuàng)教授研究團隊的此項研究成果刊發(fā)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(xiàn)代醫(yī)學研究已經(jīng)相當發(fā)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(tǒng)來對抗，如癌癥的免疫治療。另外，據(jù)統(tǒng)計，在傳統(tǒng)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(zhàn)一樣，去主動控制活體免疫系統(tǒng)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(chuàng)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(zhí)行清除任務的過程，具有自發(fā)的隨機性，很多時候可能會錯過一些細菌或病毒。”鄭先創(chuàng)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(tài)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(nèi)的微機器人。”
“當然，這種‘醫(yī)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(nèi)源性白細胞，附加上我們的遠程光學控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)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(fā)揮作用。”鄭先創(chuàng)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(nèi)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(yī)學兩大領域。“研究中，我們需要獨特的光學系統(tǒng)。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(tǒng)，可精準調(diào)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(chuàng)研究團隊從生物醫(yī)學研究的需求出發(fā)，不斷優(yōu)化系統(tǒng)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(nèi)。“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(zhàn)。”鄭先創(chuàng)回憶道。
經(jīng)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(xiàn)了對斑馬魚微小血管的精準注射。”他說。
經(jīng)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(nèi)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(shù)，對白細胞進行精準的激活或解激活。”鄭先創(chuàng)說。尤為突出的是，該研究不僅可讓白細胞響應免疫系統(tǒng)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?shù)讲≡畈课唬瑢崿F(xiàn)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(chuàng)坦言，作為基礎研究，目前研究只在斑馬魚身上進行，后續(xù)還將繼續(xù)優(yōu)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。
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