膀胱癌是世界上发病率最高的肿瘤之一，在男性肿瘤中排名第四。尽管死亡率相对较低，但近一半的膀胱肿瘤会在 5 年内复发，因此需要对患者进行持续监测。频繁的医院就诊和重复治疗的需要使这种癌症成为治疗费用最昂贵的癌症之一。

虽然目前在膀胱内直接给药的治疗方法显示出良好的存活率，但其疗效仍然很低。一种很有前景的替代方法是使用纳米粒子，将治疗药物直接送达肿瘤。特别值得一提的是纳米机器人--具有在体内自我推进能力的纳米颗粒。

这项研究是在小鼠身上进行的，它展示了这些微小的纳米机械如何被尿液中的尿素推动，并精确地瞄准肿瘤，用其表面携带的放射性同位素攻击肿瘤。

纳米机器人的透射电子显微镜图像。资料来源：加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）

现在，发表在著名期刊《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）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体积缩小了 90%。

这些微小的纳米机器由二氧化硅制成的多孔球体组成。它们的表面带有各种具有特定功能的成分。其中包括尿素酶，这是一种能与尿液中的尿素发生反应的蛋白质，能使纳米粒子自我推进。另一种重要成分是放射性碘，这是一种常用于肿瘤局部治疗的放射性同位素。

通过磁共振成像进行膀胱肿瘤定位，并通过正电子发射断层扫描（PET）量化纳米机器人在肿瘤中的积累。资料来源：CIC biomaGUNE

这项研究由加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）和 CIC biomaGUNE 领导，生物医学研究所（IRB Barcelona）和巴塞罗那自治大学（UAB）协办，为膀胱癌的创新治疗铺平了道路。这些进步旨在缩短住院时间，从而降低成本，提高患者的舒适度。

"单次用药后，我们观察到肿瘤体积缩小了 90%。鉴于此类肿瘤患者目前的治疗方法通常需要预约 6 到 14 次住院治疗，因此这种治疗方法的效率大大提高。这种治疗方法将提高效率，缩短住院时间，降低治疗成本，"IBEC 的 ICREA 研究教授、研究负责人 Samuel Sánchez 解释说。

下一步是确定这些肿瘤是否会在治疗后复发，这项工作已经在进行中。

通过显微镜观察纳米机器人在肿瘤中的积聚。图片来源：IRB Barcelona

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其能够到达所有膀胱壁。与目前的治疗方法相比，这一特点更具优势。目前的治疗方法是，在直接向膀胱内施用药物后，患者必须每半小时改变一次体位，以确保药物到达所有膀胱壁。

这项新研究更进一步，不仅证明了纳米粒子在膀胱中的流动性，还证明了它们在肿瘤中的特定积累。这项成果的取得得益于各种技术，包括对小鼠进行医学正电子发射断层扫描（PET）成像，以及研究完成后取出的组织的显微镜图像。后者是使用巴塞罗那国际研究局专门为该项目开发的荧光显微镜系统拍摄的。该系统能扫描膀胱的不同层，并提供三维重建，从而观察整个器官。

使用纳米机器人治疗癌症后，肿瘤体积缩小了 90%。图片来源：CIC biomaGUNE

"我们开发的创新光学系统能够消除肿瘤本身反射的光线，使我们能够以前所未有的分辨率识别和定位整个器官中的纳米粒子，而无需事先标记。我们观察到，纳米机器人不仅能到达肿瘤，还能进入肿瘤，从而增强放射性药物的作用，"巴塞罗那IRB高级数字显微镜平台负责人Julien Colombelli解释说。

破解纳米机器人进入肿瘤的原因是一项挑战。纳米机器人缺乏识别肿瘤的特异性抗体，而且肿瘤组织通常比健康组织坚硬。

"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提高pH值，从而分解肿瘤的细胞外基质。这种现象有利于更大程度地穿透肿瘤，并有利于在肿瘤内实现优先积聚，"该研究的共同第一作者、IBEC 研究员 Meritxell Serra Casablancas 解释说。

因此，科学家们得出结论：纳米机器人与尿路黏膜碰撞时，尿路黏膜就像一堵墙，但在肿瘤中，由于肿瘤的海绵体较多，纳米机器人就能穿透肿瘤并在内部积聚。一个关键因素是纳米机器人的流动性，它增加了到达肿瘤的可能性。

此外，据 CIC biomaGUNE 研究员、该研究的共同负责人约尔迪-略普（Jordi Llop）说："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概率，而在肿瘤组织中的大量积聚有利于放射治疗效果的发挥"。

这项研究的共同第一作者克里斯蒂娜-西莫（Cristina Simó）补充说："这项研究的结果为使用其他放射性同位素打开了大门，这些同位素诱导治疗效果的能力更强，但在全身给药时使用受到限制。"

这项研究综合了各机构三年多的合作成果。部分数据来自梅里特塞尔-塞拉（Meritxell Serra）和安娜-霍特劳（Ana Hortelao）的博士论文，两人都是桑切斯领导的 IBEC 智能纳米生物设备组的研究人员。该论文还包括该研究的共同第一作者克里斯蒂娜-西莫（Cristina Simó）的论文，她在 CIC biomaGUNE 的放射化学与核成像实验室从事博士前研究，该实验室由约尔迪-略普（Jordi Llop）领导。此外，埃斯特-胡利安（Esther Julián）研究小组在该疾病动物模型方面的专业知识也功不可没。此外，该项目还获得了欧洲研究理事会（ERC）和"la Caixa"基金会的资助。

Samuel Sánchez 和他的团队七年多来一直在开发这些纳米机器人，其基础技术最近已获得专利，并成为纳米机器人治疗公司的基础。

该公司由桑切斯创立，是研究与临床应用之间的桥梁："要继续推进这项技术，并在一切顺利的情况下将其推向市场和社会，为分拆公司获得雄厚资金至关重要。今年 6 月，也就是 Nanobots Tx 成立仅 5 个月后，我们就成功完成了第一轮融资，我们对未来充满信心，"桑切斯强调说。

来自 IBEC 的 Meritxell Serra 和 Samuel Sánchez。图片来源：加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）

使用纳米机器人对生物成像技术提出了巨大的科学挑战，因为生物成像技术可以将组织和肿瘤中的这些元素可视化。常见的非侵入性临床技术（如 PET）缺乏必要的分辨率，无法在显微镜下定位这些非常小的颗粒。因此，巴塞罗那国际研究局的科学显微镜平台采用了一种显微镜技术，用一片激光照射样本，通过与组织和微粒相互作用产生的光散射获取三维图像。

在观察到肿瘤本身会散射部分光线并产生干扰后，科学家们开发了一种基于偏振光的新技术，可以消除肿瘤组织和细胞产生的所有散射。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。

编译来源：ScitechDaily