來自加州大學聖地亞哥分校的納米工程師們創造了被稱為microrobots的微型機器人，它們可以在肺部游動，輸送藥物，並被用於治療威脅生命的細菌性肺炎。這些微型機器人安全地消除了導緻小鼠肺部肺炎的細菌，使小鼠100%存活。相比之下，沒有得到治療的小鼠在感染三天后全部死亡。這一發現最近發表在《自然材料》雜誌上。

這些微型機器人是由海藻細胞構建的，這些細胞的表面有含有抗生素的納米顆粒。藻類提供了流動性，使微型機器人能夠游動並將抗生素直接送到肺部的更多細菌中。構成含抗生素的納米顆粒的可生物降解的小聚合物球體上塗有中性粒細胞的細胞膜，這是一種白血球的類型。

這些細胞膜的獨特之處在於，它們吸收併中和由細菌和人體免疫系統產生的炎症分子。因此，微型機器人能夠更好地對抗肺部感染，因為它們能夠減少有害的炎症。

由海藻細胞（綠色）覆蓋著可生物降解的聚合物納米顆粒（棕色）製成的對抗肺炎的微型機器人的彩色SEM圖像。這些納米顆粒含有抗生素，並塗有嗜中性粒細胞膜。

加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院的納米工程教授Joseph Wang和Liangfang Zhang合作完成了這個項目。Wang是微納米機器人領域的領軍人物，Zhang更擅長於開發類似於活細胞的納米粒子以治療感染和疾病

他們一起率先開發了微小的藥物輸送機器人，可以安全地用於活體動物，治療胃和血液中的細菌感染。治療細菌性肺部感染是他們這一行的最新工作。

“我們的目標是向身體中更具挑戰性的部分，如肺部，進行有針對性的藥物輸送，希望以一種安全、簡便、生物相容性和持久的方式來做這件事。這就是我們在這項工作中所證明的。”

該團隊使用微型機器人來治療由銅綠假單胞菌引起的急性和潛在致命形式的肺炎的小鼠。這種形式的肺炎通常影響到在重症監護室接受機械通風的病人。研究人員通過插入氣管的管子向小鼠的肺部注射了微型機器人。感染在一周後完全清除了。所有接受微機器人治療的小鼠都活過了30天，而未接受治療的小鼠則在3天內死亡。

用微機器人治療也比向血液中靜脈注射抗生素更有效。後者需要的抗生素劑量比微機器人使用的劑量高3000倍，以達到相同的效果。作為比較，微機器人的劑量為每隻小鼠提供500納克的抗生素，而靜脈注射為每隻小鼠提供1.644毫克的抗生素。

該團隊的方法之所以如此有效，是因為它將藥物直接放在它需要去的地方，而不是通過身體的其他部分擴散。這些結果顯示了有針對性的藥物輸送與微藻的活性運動相結合是如何提高療效的。

“通過靜脈注射，有時只有非常小部分的抗生素會進入肺部。這就是為什麼目前許多抗生素治療肺炎的效果不盡如人意，導致最嚴重的病人死亡率非常高，”加州大學聖地亞哥分校醫學院和斯卡格斯藥學與製藥學院教授Victor Nizet說，他是這項研究的共同作者，是Wang和Zhang的醫生科學家合作者。”根據這些小鼠的數據，我們看到微型機器人有可能提高抗生素的穿透力，以殺死細菌病原體，拯救更多患者的生命。”

而且，如果想到把海藻細胞放進你的肺裡讓你感到膽怯，研究人員說這種方法是安全的。治療後，身體的免疫細胞會有效地消化海藻，以及任何剩餘的納米顆粒。沒有任何有毒物質被留下。

這項工作仍處於概念驗證階段。該團隊計劃做更多的基礎研究，以了解微型機器人與免疫系統的確切互動方式。接下來的步驟還包括研究驗證微型機器人的治療方法，並在對更大的動物和最終對人類進行測試之前擴大其規模。