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未接受治疗的小鼠在3天后死亡，所有接受微型机器人治疗的小鼠都活过了30天。
对抗肺炎的微型机器人的彩色扫描电镜图像，由藻类细胞(绿色)制成，覆盖着可生物降解的聚合物纳米颗粒(棕色)。纳米颗粒含有抗生素，并被中性粒细胞细胞膜包裹。
来自加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师们发明了一种叫做微型机器人的微型机器人，它可以在肺部游泳，运送药物，并被用于治疗危及生命的细菌性肺炎病例。
微型机器人安全地消除了导致小鼠肺部肺炎的细菌，使小鼠100%存活。相比之下，未接受治疗的小鼠在感染后3天全部死亡。
研究结果最近发表在《Nature Materials》杂志上。
这种微型机器人由海藻细胞制成，其表面布满含有抗生素的纳米颗粒。藻类提供了机动性，使微型机器人能够游泳，并直接将抗生素输送到肺部的更多细菌中。含有抗生素的纳米颗粒由可生物降解的小聚合物球组成，表面包裹着中性粒细胞(白细胞的一种)的细胞膜。
这些细胞膜的独特之处在于它们能吸收和中和细菌和人体免疫系统产生的炎症分子。因此，微型机器人能够更好地对抗肺部感染，因为它们可以减轻有害的炎症。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的纳米工程教授Joseph Wang和Liangfang Zhang都参与了这个项目。Wang是微型和纳米机器人领域的世界领导者，Zhang是开发类似活细胞的纳米颗粒以治疗感染和疾病的世界领导者。
他们一起开创了微型药物输送机器人的开发，可以安全地用于活体动物，治疗胃和血液中的细菌感染。治疗细菌性肺部感染是他们最新的工作。
“我们的目标是将靶向药物输送到更具有挑战性的身体部位，比如肺部。我们希望以一种安全、简单、生物兼容和持久的方式来做。这就是我们在这项工作中所证明的。”
该团队使用微型机器人治疗由铜绿假单胞菌引起的急性且可能致命的肺炎小鼠。这种肺炎通常发生在重症监护室接受机械通气的病人身上。研究人员通过插入气管的管子将微型机器人植入小鼠的肺部。感染在一周后完全消失了。所有接受微型机器人治疗的小鼠都活过了30天，而未接受治疗的小鼠则在3天内死亡。
使用微型机器人进行治疗也比静脉注射抗生素更有效。后者需要比微型机器人使用的抗生素剂量高3000倍才能达到同样的效果。作为比较，一剂量的微型机器人为每只小鼠提供了500纳克的抗生素，而静脉注射为每只小鼠提供了1.644毫克的抗生素。
该团队的方法非常有效，因为它把药物放在了需要去的地方，而不是扩散到身体的其他部位。
“这些结果表明，靶向药物输送与微藻的主动运动相结合如何提高治疗效果，”Wang说。
“通过静脉注射，有时只有很小一部分抗生素会进入肺部。这就是为什么目前许多抗生素治疗肺炎的效果不佳，导致病情最严重的患者死亡率非常高，”加州大学圣地亚哥分校医学院和斯卡格斯药学和药学科学学院教授Victor Nizet说，他是这项研究的合著者。“基于这些小鼠数据，我们看到微型机器人可能会提高抗生素的渗透力，杀死细菌病原体，挽救更多患者的生命。”
研究人员说，如果把藻类细胞放入肺部的想法让你感到恶心，这种方法是安全的。治疗后，人体的免疫细胞会有效地消化藻类，以及任何剩余的纳米颗粒。“没有留下任何有毒物质，”Wang说。
这项工作仍处于概念验证阶段。该团队计划进行更多的基础研究，以准确了解微型机器人如何与免疫系统相互作用。下一步还包括验证微型机器人治疗的研究，并在更大的动物身上进行测试，最终在人类身上进行测试。
“我们正在进一步拓展靶向药物输送领域的边界，”Zhang说。
参考文献:
Nanoparticle-modified microrobots for in vivo antibiotic delivery to treat acute bacterial pneumonia
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