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暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）辛洪寶教授團(tuán)隊(duì)在光控活細(xì)胞微機(jī)器人研究中取得重要進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)將光學(xué)微操控與生物細(xì)胞功能調(diào)控相結(jié)合，構(gòu)建出光控巨噬細(xì)胞免疫微機(jī)器人，并成功應(yīng)用于體外和體內(nèi)生物威脅物的精準(zhǔn)靶向清除。研究成果以“Light-powered phagocytic macrophage microrobot (phagobot): both in vitro and in vivo”為題發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Light: Science & Applications，并被選為當(dāng)期封面論文，被Science Magazine、Science Blog、Bioengineer.org等報(bào)道。論文第一作者是博士生李醒，通訊作者是辛洪寶教授和潘婷副教授。

包括巨噬細(xì)胞在內(nèi)的先天免疫細(xì)胞能夠在病原體入侵后快速反應(yīng)、吞噬病原體、清除衰老細(xì)胞，甚至精確鎖定并攻擊癌細(xì)胞等生物威脅物。雖然巨噬細(xì)胞本身具備強(qiáng)大的“作戰(zhàn)能力”，但問(wèn)題是如何讓其聽(tīng)從指令、快速啟動(dòng)、精準(zhǔn)出擊。近幾年，人們嘗試借助物理場(chǎng)控制與仿生設(shè)計(jì)來(lái)操控免疫細(xì)胞，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它的精準(zhǔn)指揮，但多數(shù)方法僅能讓細(xì)胞快速啟動(dòng)，難以同時(shí)調(diào)控細(xì)胞的生物功能。通過(guò)外源性材料修飾或基因工程改造能調(diào)控細(xì)胞的生物功能，但外源性材料會(huì)在體內(nèi)帶來(lái)免疫排斥等問(wèn)題。

為了解決該問(wèn)題，辛洪寶教授團(tuán)隊(duì)提出近紅外光激活并控制巨噬細(xì)胞的思想，在無(wú)需外源性材料修飾或基因編輯的情況下，僅用一束聚焦的近紅外光、通過(guò)“光熱-光力”雙模態(tài)操控巨噬細(xì)胞，構(gòu)建出聽(tīng)從指令、快速啟動(dòng)、精準(zhǔn)導(dǎo)航、靶向清除等功能的巨噬細(xì)胞免疫微機(jī)器人（Phagobot）。其原理是將一束波長(zhǎng)為 1064 nm、光斑直徑約為 2??μm的聚焦近紅外光（功率60-80 mW）照射在巨噬細(xì)胞膜上，通過(guò)產(chǎn)生的局域光熱效應(yīng)激活細(xì)胞膜上的溫度敏感離子通道、引發(fā)鈣離子內(nèi)流、增強(qiáng)線(xiàn)粒體能量代謝、驅(qū)動(dòng)活性氧的大量產(chǎn)生、激活巨噬細(xì)胞的免疫功能并按指令誘導(dǎo)偽足延伸，從而在3分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)Phagobot的快速啟動(dòng)。啟動(dòng)之后，將聚焦光束照射在延伸出的偽足上，通過(guò)產(chǎn)生的光力（約為35 pN）操控偽足定向遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)Phagobot的精準(zhǔn)導(dǎo)航及病原體（真菌、細(xì)菌、塑料微顆粒）、癌細(xì)胞碎片等的吞噬清除。進(jìn)一步，將Phagobot放到活體斑馬魚(yú)蠕動(dòng)的腸道中，在12分鐘內(nèi)清除了斑馬魚(yú)體內(nèi)的病變細(xì)胞碎片。經(jīng)1.5小時(shí)以上連續(xù)觀(guān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)活性受影響的情況，實(shí)驗(yàn)證明了光控巨噬細(xì)胞免疫微機(jī)器人具有很好的生物安全性。

與傳統(tǒng)生物微機(jī)器人相比，這種光控巨噬細(xì)胞免疫微機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了從單一物理移動(dòng)向“智能細(xì)胞作戰(zhàn)單元”的轉(zhuǎn)變，以極簡(jiǎn)單的干預(yù)手段保障了生物相容性和穩(wěn)定性，為智能生物微機(jī)器人的設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供了新思路，為免疫調(diào)控、病灶清除等提供了非遺傳依賴(lài)的新型光學(xué)途徑。

論文封面圖片。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-025-01881-3

責(zé)編：陳國(guó)瓊