文章来源：刘晓帅, 叶梦娜, 陈逸濠, 郑嘉曦, 覃海凤, 杨广益, 郑先创, 李宝军. 细胞医疗微机器人（特邀）[J]. 光学学报（网络版）, 2025, 2(18): 1816003. 

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传统医疗微机器人大多依赖人工合成材料，需要通过注射或口服胶囊的方式进入实验动物或人体内部；这些人工合成材料制成的微机器人容易触发生物体内的免疫反应，导致其未完成任务就从体内被清除。如何让医疗微机器人兼具精准靶向性与生物相容性，成为科研界亟待突破的关键挑战。对此，研究者们另辟蹊径，提出以天然细胞为载体，通过利用外场精准调控其生物行为来构建细胞医疗微机器人，进而有望在提升医疗微机器人生物相容性的同时、解锁传统合成材料难以实现的动态诊疗场景，同时执行预设的疾病探测、血流调控、药物递送和微创手术等多种生物医疗任务。

近日，暨南大学李宝军/郑先创团队受邀系统综述了趋化细菌、红细胞和中性粒细胞等多种细胞医疗微机器人的设计策略，重点探讨它们在药物递送、微创手术与免疫治疗中的应用进展，同时对其面临的风险挑战、发展方向以及转化前景进行分析与展望。该成果被选为《光学学报（网络版）》亮点文章。

细菌医疗微机器人

凭借天然的自主运动能力与趋化特性，细菌医疗微机器人已成为药物靶向递送的重要载体。通过将磁性纳米颗粒修饰于细菌表面，可以在外部磁场引导下实现复杂生物环境下的精准导航与深层肿瘤穿透，进而显著提升其在生物组织中的靶向输送效率（图1a-c）。进一步，还可以利用双光纤光镊技术，将大肠杆菌构建成生物光学传送带，用于纳米药物的双向传送和定点释放，进而为活体内药物递送贡献高精度的操控方案（图1d）。此外，通过基因工程技术对大肠杆菌进行编程，使其能够表达并递送免疫检查点抑制剂，进而有望显著增强肿瘤免疫治疗的靶向性与治疗效能（图1e）。这些细菌微机器人不仅保留了细菌原有的运动性和趋化能力，还通过工程化策略获得了按需给药和免疫调控等新功能，展现出在癌症治疗、免疫调节等生物医学领域的重大应用潜力。

图1 基于天然细菌的医疗微机器人。（a）基于纳米脂质体与磁性趋磁细菌共价结合构建细菌微机器人；（b）基于红细胞和大肠杆菌构建生物杂交微机器人；（c）基于基因工程改造的大肠杆菌构建磁导引生物杂交微机器人；（d）基于大肠杆菌组构建生物传送带实现纳米药物双向递送；（e）用于纳米抗体靶向递送的大肠杆菌微机器人。

红细胞医疗微机器人

作为人体循环系统中数量最为丰富的血细胞，红细胞因其卓越的生物相容性、低免疫原性以及独特的双凹圆盘结构所带来的优异变形能力，成为构建医疗微机器人的理想内源性载体。通过将氧化铁纳米颗粒加载到红细胞内部，可以构建基于磁场驱动的红细胞微马达，实现复杂血液环境中的长时可控循环和精准定向驱动（图2a-b）。进一步，基于近红外光学操控技术，可以在活体血管内组装红细胞波导，通过实时监测光波导模式的变化，实现对血液pH值等关键生理参数的高灵敏度检测（图2c）。同时，通过利用光力驱动红细胞旋转，可以构建红细胞光流开关，实现对细微血管分支中血流的精准干预（图2d）。在此基础上，基于红细胞核构建的旋转微流泵可以激发局域流场，进而完成纳米药物在复杂血管网络中的定向输运（图2e）。此外，通过结合内源性红细胞、可编程扫描光镊和光流操控策略，可以组装出动态编程的红细胞微路由器，实现不同血液成分的动态分选和靶向递送，有望为生物体内的目标分选和靶向给药提供高精度和可编程的解决方案（图2f）。

图2 红细胞医疗微机器人。（a）基于磁场和超声混合驱动的红细胞微马达；（b）用于抑制原发和转移性肿瘤的磁控红细胞微机器人；（c）基于双光纤光镊构建红细胞波导用于血液传感和药物递送；（d）活体内的光控红细胞光流开关；（e）用于细小血管分支中血流调控的红细胞核微泵；（f）活体内的可编程红细胞微路由器。

中性粒细胞医疗微机器人

作为人体免疫系统的第一道防线，中性粒细胞具有天然的炎症趋化性和血脑屏障穿透能力，是构建医疗微机器人的天然生物材料；基于其内源性、生物兼容以及先天免疫的独特优势，研究人员开发出多种基于光场和磁场操控的中性粒细胞医疗微机器人，例如利用细菌膜伪装策略增强中性粒细胞对纳米药物的摄取效率，进而构建具有化学趋化导向功能的中性粒细胞微马达（图3a）；此外，通过负载氧载全氟碳化物和声敏剂，可以构建用于恶性肿瘤治疗的声动力载氧中性粒细胞机器人，其在超声刺激下可以释放氧气缓解肿瘤缺氧，同时还可以产生活性氧诱导肿瘤细胞凋亡（图3b）；进一步，通过结合磁场驱动和中性粒细胞的天然趋化性，可以构建双响应中性粒细胞机器人，其可以在外加旋转磁场的遥控下沿特定轨迹迁移，同时借助中性粒细胞的天然趋化性能，主动穿越血脑屏障进入胶质瘤区域，并在暴露炎症信号时完成纳米药物可控释放（图3c）。除磁场以外，通过结合具有免疫功能的中性粒细胞和智能化的光学操控，可以将体内自然存在的中性粒细胞构建为一种内源性、生物兼容和且编程的智能微机器人，成功展示了远程启动、可控航行和精准负载等系列指令，并可以指挥其穿越血管壁到达目标炎症组织，完成纳米药物的可控释放（图3d）。

图3 中性粒细胞医疗微机器人。（a）靶向药物运输的趋化引导型中性粒细胞微马达；（b）用于恶性肿瘤治疗的声动力载氧中性粒细胞机器人；（c）双响应中性粒细胞机器人用于靶向脑恶性神经胶质瘤的精准药物递送；（d）可编程的光控中性粒细胞微机器人。

总结与展望

通过融合天然细胞的生物学特性与外场精准操控技术，细胞医疗微机器人突破了传统合成材料在生物相容性、靶向性及功能集成方面的局限，有望为精准医疗提供全新工具。然而，该领域仍面临生物安全性、操控深度与稳定性、药物负载与释放效率等多重挑战。对此，未来需通过开发仿生修饰与基因工程策略提升生物相容性，融合光、磁、声多场协同驱动以增强深层组织操控能力，同时设计智能响应材料实现病灶微环境触发释药。此外，还需要结合人工智能、数字孪生与多模态影像技术，构建具备感知、决策与自修复能力的下一代智能微机器人系统，推动其最终在肿瘤治疗、神经修复及免疫调控等临床应用中发挥关键作用。

转自：爱光学微信公众号（https://mp.weixin.qq.com/s/ceQr_1ocNApOWivTbCSs9w）