ACS Nano | 工程化磁细菌微型机器人，具备可调自矿化功能，用于精确成像引导的光热疗法

微纳电机有望在复杂生物环境中实现远程操作。然而，将强健的屏障穿透、实时追踪和有效的治疗型系统整合进运动系统仍是艰巨的转化挑战。在这里，我们设计了序列磁驱动且光学成像的生物杂交微电机（BAM），用于精确的肿瘤治疗。BAM 由两个组成部分组成：磁螺旋菌（AMB-1），通过缺氧驱动的趋化性和外部磁场导航实现肿瘤自主向性;以及细胞外生物矿化的 Ag2S 量子点，作为近红外（NIR）-II 荧光成像剂和光热转换器。体内研究表明，BAMs 可以通过靶向缺氧的趋化学和磁驱动的协同效应迁移到肿瘤的缺氧核心，这些可以通过 NIR-II 荧光成像监测。此外，作为光热治疗剂，BAMs 通过光热转化有效诱导肿瘤细胞凋亡并抑制肿瘤生长。这一创新的 BAMs 平台不仅克服了被动扩散，还通过集成磁导、近红外 II 成像和光热疗法提供精准的治疗异常剂，展示了生物杂交系统的潜力。

该研究以题为“Engineered Magnetobacterial Microrobots with Tunable Self-Mineralization for Precise Imaging-Guided Photothermal Therapy.”发表在ACS Nano上。

通过将AMB-1与半胱氨酸和硝酸银共孵育，合成了2 BAMs。在此过程中，细胞内脱硫酶催化生成H₂S，进一步介导Ag₂S量子点在细菌表面的原位形成。经过全身给药后，BAMs通过其固有的肿瘤靶向能力和磁性引导渗透到肿瘤部位，从而促进多模态成像。随后对肿瘤进行激光照射诱导ICD，触发CD4+和CD8+ T细胞的活化，并引发强烈的免疫反应，最终实现显著的抗肿瘤效果。

BAMs的表征。(a) AMB-1的TEM图像。放大图显示AMB-1内部的磁小体链（右）。比例尺：1 μm。(b) AMB-1和BAMs的SEM图像（伪彩色：绿色为AMB-1；黄色为Ag₂S QDs）。(c) BAMs的TEM图像及相应的元素映射。比例尺：1 μm。(d) BAM的XPS全谱图。高分辨率(XPS)谱图：(e) Ag 3d和(f) S 2p。(g) AMB-1和BAMs的生长曲线。(h) BAMs的紫外-可见吸收光谱和(i) 在808 nm激光激发下的PL发射光谱。插图：NIR-II荧光图像。(j) 不同浓度BAMs的NIR-II荧光图像和(k)荧光强度（激发波长 λ_ex = 808 nm）。(l) AMB-1和BAMs在300 K下的磁滞回线

BAMs 的体外光热性能。(a) 暴露于 808 nm 激光（1.5 W/cm²）照射 10 分钟后 PBS、AMB-1 和 BAMs 的红外热成像及温度变化。(b) H₂O、AMB-1 和 BAMs 在 808 nm 近红外激光照射下 10 分钟的温度曲线。(c) 不同激光强度（808 nm, 1.5 W/cm²）下 BAMs 的温升。(d) 不同细菌浓度（808 nm, 1.5 W/cm², 1 × 10⁹ CFU/mL）下 10 分钟照射的温升。(e) BAMs 的三循环光热测试（1.5 W/cm²）。(f) BAMs 在近红外激光照射下（1.5 W/cm²）的升温-降温曲线。(g) 从降温过程中获得的时间与 Ln(θ) 的线性拟合曲线。(h) 不同样品处理的 4T1 细胞在有无激光照射（808 nm, 1.5 W/cm², 10 分钟, n = 3）下的存活率。(i) 处理不同样品后，在有无激光照射（808 nm, 1.5 W/cm², 10 分钟；比例尺 = 200 μm）的条件下，用 Calcein AM（绿色，活细胞）和 PI（红色，死亡细胞）染色的 4T1 细胞荧光图像。数据以均值 ± 标准差表示。统计显著性通过单因素 ANOVA 联合 Tukey 多重比较检验评估。***P < 0.001

总结

肿瘤治疗中，如何让药物精准穿透致密的肿瘤组织、实时追踪治疗过程，一直是难题。南方医科大学团队开发了一种巧妙的“活体微机器人”——BAMs。他们利用磁螺菌AMB-1本身的两大特性：一是体内天然合成磁小体，可在外加磁场下精准导航；二是具有向肿瘤缺氧核心区主动趋化的能力。更妙的是，他们在细菌表面诱导生物矿化，原位生成了硫化银量子点。这一层“盔甲”不仅没有影响细菌的活性和运动能力，还赋予了细菌近红外二区荧光成像功能，让研究者能够实时“看见”细菌在体内的分布与靶向过程。

BAMs的真正亮点在于“一鱼三吃”。静脉注射后，细菌凭借缺氧趋化性主动向肿瘤富集，外加磁场进一步引导其深入肿瘤内部。通过近红外二区成像，可以实时监控细菌的靶向效果。当确认到位后，808纳米激光一照，表面的硫化银量子点迅速升温至63.6℃，精准消融肿瘤细胞，同时激活免疫原性细胞死亡，招募树突状细胞和杀伤性T细胞，形成“热疗+免疫”的协同效应。体内实验显示，该平台在4T1乳腺癌模型中显著抑制肿瘤生长，且细菌在14天内被机体完全清除，未观察到明显的肝肾毒性与组织损伤。这种将天然菌株的趋化性、磁控导航、成像与光热治疗融为一体的策略，为实体瘤的精准治疗提供了一个兼具智能化与安全性的新范式。

参考文献：

DOI: 10.1021/acsnano.5c19758