众所周知，脑胶质瘤被认为是最恶性的肿瘤之一，人体内的血脑屏障是保护中枢神经系统的生物屏障，然而却成为阻碍脑胶质瘤诊断和治疗的主要障碍。如何克服血脑屏障，实现脑胶质瘤的靶向精准诊疗一直是科研工作者渴望解决的难题。
美国电影《终结者》中的类人仿生机器人T-800，是一种通过在机器人金属骨架上覆盖一层人体皮肤组织而变成具有正常人功能的仿生机器人。借鉴终结者仿生机器人的设计理念，近日，中国科学院深圳先进技术研究院医药所纳米医疗技术研究中心蔡林涛研究员、张鹏飞副研究员、龚萍研究员、邓冠军博士等与香港科技大学唐本忠院士及湘潭大学陈华杰教授合作，成功研发出一种基于聚集发光元件AIE的纳米仿生机器人系统，这种仿自然杀伤细胞AIE纳米机器人，可以成功穿越血脑屏障，实现对脑胶质瘤的精准靶向诊疗，相关成果发表于纳米医学顶级期刊ACS NANO，并申请发明专利。
“终结者”凸显良好生物屏障渗透和肿瘤靶向能力
何为AIE？很多传统有机发光材料只能在低浓度的溶液中才能发光，一旦溶液浓度提高或者呈固态时，分子聚集就会使得发光减弱甚至完全消失。这种现象被称为“聚集导致发光淬灭”（ACQ），是有机发光材料设计和应用的一大难题。然而唐本忠院士却发现有一类有机分子单分子状态下荧光微弱甚至观察不到荧光,而在聚集状态下荧光显著增强，这种现象被称为Aggregation-Induced Emission（AIE），意即“聚集诱导发光”现象。AIE研究在新材料的创制、机理的探索以及应用的拓展等方面都有着巨大的潜力。正如加拿大卡尔加里大学化学系教授贝琳达·海涅所说：“今天，我们讨论聚集不能不提聚集诱导发光。自从唐本忠团队的原始工作发表以来，毫不夸张地说，这个研究领域经历了爆炸式发展。”张鹏飞从博士期间起，就跟随唐本忠院士就AIE现象进行了多方研究和探索。
作为机体重要的免疫细胞，自然杀伤细胞(NK细胞)能够不依赖抗体和补体，就能直接杀伤靶细胞，如肿瘤细胞或受病毒感染的细胞等。研究团队研发的纳米机器人系统，以AIE聚合物材料为内骨骼，以自然杀伤细胞膜为外部皮肤，保留了AIE材料在聚集态的优越的近红外二区发光性能，同时赋予了AIE材料自然杀伤细胞免疫调节与识别的功能。
小鼠动物实验结果表明，该纳米机器人可以通过调控血脑屏障上内皮细胞间的紧密连接，引发血脑屏障细胞骨架重排，导致细胞间隙增大而形成细胞间“绿色通道”，帮助自己穿越血脑屏障对脑部进行渗透。在跨越血脑屏障进入脑部区域后，这些纳米机器人可以利用NK细胞膜表面蛋白与肿瘤细胞膜表面受体的特异性识别富集到脑胶质瘤细胞内，表明具有良好的肿瘤靶向性。
脑肿瘤诊疗有了新工具
光热治疗法是一种治疗肿瘤的新方法，利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入人体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，在外部光源的照射下将光能转化为热能来杀死肿瘤细胞。
“AIE纳米仿生机器人也可以作为脑胶质瘤治疗的光热剂，其光热转换效率为45.3%。”张鹏飞表示。
团队通过原位脑胶质瘤模型，进一步评估了AIE纳米仿生机器人在体内脑胶质瘤靶向光热治疗的效果。将AIE纳米仿生机器人注射入小鼠体内后24小时，在激光照射下，其脑胶质瘤处的温度有所提高，且没有出现明显的器官损伤，表明仿自然杀伤细胞纳米机器人通过光热治疗，能有效地抑制脑胶质瘤的生长。为脑肿瘤及其他脑部疾病的诊疗提供了新的工具。
团队表示，目前AIE仿生纳米机器人的开发尚处于初级阶段，还有大量工作需要进一步优化，比如在介观水平对纳米机器人的进行可控操作，如何利用纳米机器人的集群效应实现深层次生物屏障突破和系统协调诊疗，如何实现纳米机器人的可控大规模制备以及分子元件的可控装配等。
