針對(duì)上述問(wèn)題，中山大學(xué)彭飛教授設(shè)計(jì)并制造了一種基于天然微藻模板加載磁性納米顆粒和多巴胺的微電機(jī)（micromotor）。這種微電機(jī)能夠在外部磁場(chǎng)引導(dǎo)下準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)腫瘤位置，并通過(guò)超聲波激活誘導(dǎo)多巴胺在體內(nèi)聚合，形成一層聚多巴胺涂層將腫瘤包裹起來(lái)，阻斷其與外界環(huán)境的相互作用并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。首先，研究人員詳細(xì)表征了微電機(jī)的物理化學(xué)性質(zhì)及其功能特性，包括其在磁場(chǎng)下的導(dǎo)航能力和超聲波觸發(fā)的多巴胺聚合能力。接著，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微電機(jī)的有效性和安全性，結(jié)果顯示，微電機(jī)可以在腫瘤部位成功地形成聚多巴胺涂層，有效地阻止了腫瘤與周圍組織的交互，并促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的凋亡。最后，研究表明，使用后的微電機(jī)能夠在體內(nèi)安全降解，不會(huì)對(duì)機(jī)體造成額外負(fù)擔(dān)或毒性問(wèn)題。這種方法不僅克服了傳統(tǒng)治療手段的局限性，還展示了在復(fù)雜生物環(huán)境中的高效性和可行性，為未來(lái)癌癥治療開辟了新的途徑。該文章于2025年3月22日以《Micromotors assisted in vivo dopamine polymerization for anti-tumor therapy》為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2025.161728）。

圖1 研究示意圖

（1）MSP@DA微電機(jī)的制備表征及運(yùn)動(dòng)評(píng)估

圖2a展示了螺旋藻在亮場(chǎng)顯微鏡下呈現(xiàn)出的綠色外觀及其自發(fā)熒光特性。SEM觀察到Fe3O4納米顆粒在螺旋藻表面形成了均勻且致密的磁性涂層（圖2b），而未處理的螺旋藻表面則顯得光滑。能量色散X射線光譜（EDX）分析和元素映射進(jìn)一步確認(rèn)了MSP中含有Fe3O4成分。隨后，在pH值為8.5的條件下，將多巴胺加載到帶正電荷的MSP上，形成MSP@DA，并通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析證實(shí)了多巴胺的成功負(fù)載（圖2e）。紫外-可見(jiàn)光譜（UV-VIS）和熒光光譜顯示MSP和MSP@DA的吸收和發(fā)射峰與原始螺旋藻相似，表明其固有性質(zhì)得以保留。此外，通過(guò)UV-VIS光譜測(cè)量不同濃度的多巴胺溶液的吸光度峰值，確定了MSP@DA中的多巴胺負(fù)載量為192 ± 2 μM，釋放濃度為113 ± 1 μM。最后，通過(guò)超聲處理后形成的聚多巴胺（PDA）展示出典型的寬帶吸收光譜，這與暗色PDA材料的光學(xué)性質(zhì)一致（圖2f）。時(shí)間序列圖像記錄了微電機(jī)在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖2g），并定量評(píng)估了其平均速度和方向性（圖2h, i）。結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，微電機(jī)的平均速度為208.05 μm/s，方向性為0.68，表現(xiàn)出良好的可控性和定向移動(dòng)能力。

圖2. MSP@DA的表征和運(yùn)動(dòng)。（a）螺旋藻的明場(chǎng)和熒光顯微鏡圖像；（b）SP、MSP和MSP@DA的SEM圖像；（c）MSP的EDX；（d）SP、Fe?O? NPs、MSP、多巴胺和MSP@DA的Zeta電位；數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，n=3；（e）MSP和MSP@DA的FT-IR光譜；（f）多巴胺在200 μM、100 μM和10 μM處的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，以及超聲處理后形成的相應(yīng)聚多巴胺；（g）在20 s內(nèi)每5 sMSP@DA在DI水中的移動(dòng)延時(shí)圖像；比例尺=100 μm；（h）30秒內(nèi)MSP@DA在DI水中的軌跡；（i）MSP@DA的速度和方向性大?。?2條軌跡）

（2）MSP@DA微電機(jī)的體外聚合和抗腫瘤治療

圖3a展示了經(jīng)過(guò)10分鐘超聲處理后，MSP@DA在4T1細(xì)胞周圍形成了大量的黑色聚多巴胺（PDA）產(chǎn)物。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，經(jīng)MSP@DA+US處理后的細(xì)胞表面覆蓋了一層粗糙且不均勻的涂層（圖3b）。凝膠滲透色譜（GPC）分析和分子量分布曲線表明，形成的PDA具有5057 Da的重均分子量（Mw）和1.22的多分散指數(shù)（PD）（圖3c, S9）?；|(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF MS）進(jìn)一步驗(yàn)證了PDA的形成（圖S10）。Calcein-AM/PI熒光染色結(jié)果顯示，與單獨(dú)使用US、MSP或MSP@DA相比，MSP@DA+US顯著增強(qiáng)了對(duì)4T1細(xì)胞的體外細(xì)胞毒性，約97.6%的細(xì)胞發(fā)生了凋亡（圖3d）。此外，通過(guò)N,N-二甲基甲酰胺（DMF）提取并分析了細(xì)胞上的PDA涂層（圖3e），并通過(guò)熒光葡萄糖類似物探針驗(yàn)證了由PDA封裝介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡機(jī)制（圖3f）。ROS和GSH水平檢測(cè)結(jié)果顯示，ROS生成和GSH消耗與細(xì)胞死亡無(wú)關(guān)（圖3g）。CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)估了Fe3O4納米顆粒和MSP@DA微電機(jī)對(duì)正常細(xì)胞（293T和HUEVC細(xì)胞）的細(xì)胞毒性，結(jié)果表明即使在高濃度下，細(xì)胞活力仍保持在90%以上（圖3h, i）。最后，4T1細(xì)胞與不同濃度的MSP@DA孵育并在超聲波輔助下進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果顯示，在50 μg/mL濃度下，細(xì)胞活力下降約40%，達(dá)到68.2%的腫瘤抑制率（圖3j）。特別地，熒光顯微鏡圖像展示了經(jīng)過(guò)不同處理后3D培養(yǎng)的4T1細(xì)胞球體的存活情況，顯示出MSP@DA+US處理導(dǎo)致近89.1%的細(xì)胞死亡（圖3k）。

圖3. MSP@DA體外治療。（a）超聲輔助MSP@DA微馬達(dá)的聚合效果；（b）MSP@DA + US處理4T1細(xì)胞的SEM圖像；（c）MSP@DA + US處理的PDA樣品GPC分子量分布；（d）不同處理后4T1細(xì)胞的活/死染色；（e）不同組治療后4T1細(xì)胞葡萄糖類似物攝??；比例尺=50 μm；（f）DCFH-DA染色4T1細(xì)胞ROS熒光強(qiáng)度；（g）各組處理后細(xì)胞內(nèi)GSH水平；（h）不同濃度MSP@DA微馬達(dá)處理293T和HUEVC細(xì)胞的細(xì)胞活力；（i）不同濃度Fe?O?納米顆粒處理293T和HUEVC細(xì)胞的細(xì)胞活力；（j）CCK-8測(cè)定不同濃度MSP@DA微馬達(dá)和MSP@DA + US處理4T1細(xì)胞的細(xì)胞存活力；（k）不同處理后3D培養(yǎng)4T1細(xì)胞球體的活/死染色；比例尺=500 μm

（3）體內(nèi)聚合US成像

首先，圖4a展示了通過(guò)尾靜脈注射MSP@DA微電機(jī)后，利用小動(dòng)物超聲成像技術(shù)追蹤其在體內(nèi)的定向移動(dòng)情況，結(jié)果顯示微電機(jī)能夠在磁場(chǎng)引導(dǎo)下逐漸向腫瘤部位聚集，并在超聲波作用下形成聚多巴胺（PDA）涂層。圖4b展示了超聲波觸發(fā)聚合反應(yīng)前后腫瘤區(qū)域的超聲回聲變化，顯示出高回聲區(qū)域的出現(xiàn)，表明腫瘤同質(zhì)性發(fā)生了改變。圖4c進(jìn)一步顯示了血流信號(hào)的變化，表明超聲波誘導(dǎo)的多巴胺聚合有效地減少了腫瘤的血液供應(yīng)。隨后，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，將荷瘤小鼠隨機(jī)分為六組（PBS、US、MSP、MSP+US、MSP@DA、MSP@DA+US），每?jī)商毂O(jiān)測(cè)一次腫瘤體積和小鼠體重（圖4d）。結(jié)果表明，與PBS組相比，MSP@DA+US組顯著減少了腫瘤體積達(dá)62%以上（圖4e-g）。在整個(gè)治療期間，各組小鼠的體重變化可以忽略不計(jì)，表明微電機(jī)具有良好的生物相容性和安全性（圖4h）。此外，H&E染色揭示了超聲波介導(dǎo)的微電機(jī)引起的顯著腫瘤細(xì)胞壞死（圖4i）。Ki-67和TUNEL染色分別顯示了細(xì)胞增殖和凋亡情況，結(jié)果顯示MSP@DA+US處理顯著抑制了92.6%的腫瘤細(xì)胞增殖并促進(jìn)了65.6%的細(xì)胞凋亡（圖4i）。最后，研究還驗(yàn)證了Fe3O4納米顆粒在體內(nèi)的生物降解機(jī)制，主要通過(guò)肝臟中的巨噬細(xì)胞捕獲并在溶酶體酸性環(huán)境中消化，最終轉(zhuǎn)化為鐵離子循環(huán)于體內(nèi)（圖S14, S15）。

圖4. 體內(nèi)超聲成像和腫瘤治療。（a）磁引導(dǎo)下靜脈注射微馬達(dá)后Balb/c小鼠尾部的US成像；（b）腫瘤超聲（B）回波信號(hào)成像；（c）不同治療前后血流信號(hào)圖；（d）MSP@DA治療4T1荷瘤小鼠的方案；（e）治療期間4T1荷瘤小鼠的腫瘤體積；（f）第14天各組小鼠離體腫瘤重量；（g）各組小鼠腫瘤圖像；（h）各組小鼠體重變化曲線；（i）不同治療組腫瘤的H&E、Ki-67和TUNEL染色圖像；比例尺=50 μm