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一群德国的科学家打算用精子来递送药物，抗击癌症。图片来源：麻省理工科技评论
近日，一群来自德国综合纳米科技研究所（Institute for Integrative Nanosciences）的科学家们开发出了一款全新的药物递送系统，并计划将它用于癌症的治疗。乍看之下，它似乎并没有什么特别之处，但它的递送方式出乎了许多人的想象……
这群科学家打算用精子来递送药物，治疗妇科癌症。
在介绍这款系统前，我们先了解一下什么是药物递送系统。对癌症治疗而言，仅仅有一款药物是不够的，科学家们还需要考虑如何让这些药物抵达肿瘤。这很容易理解，
一方面来说，进入人体的药物会被血液快速稀释，使到达肿瘤附近的药物浓度有限。另一方面，即便药物接近了肿瘤，它们有多少能进入肿瘤内部造成杀伤，也依旧是个不好回答的问题。
因此，科学家们一直在思索，有没有什么办法，能让药物像快递包裹一样，直达肿瘤。
先前，科学家们曾考虑过多种不同的药物递送系统。
一些科学家打算用细菌来递送药物
，但它们可能会引起免疫系统的剧烈反应，影响人的健康。另外，会繁殖的细菌一旦进入体内，可能会引起预料外的风险。
另一些科学家则考虑用纳米材料做成笼子，将药物关在笼子里
。在合适的条件下（如某种特定的分子浓度抵达一定阈值），这些笼子的盖子会自行打开，释放出内容的药物。这一方法虽然新颖，却不能保证每一个笼子都能在合适的时间与地点打开。如果笼子本身不够牢固，药物就有可能提前流失。
那人体内，有什么东西可以成为抗癌药物的靠谱快递员呢？这群德国的科学家们开了一个脑洞——精子。
精子有一定的运动能力，不会引起免疫反应。如果将药物储存在精子里，只要细胞不破裂，药物也就不会在抵达癌细胞前流失。
为了测试这一想法的可行性，研究人员将精子泡在有活性药物成分的液体中，并让它们吸足这些药物。然后，他们利用纳米技术，给精子的头部装上了一个小型“导航仪”。在磁场的作用下，这些导航仪会告诉精子前进的方向，这有助于把药物递送到最合适的部位。
套上“导航仪”的精子能在磁场作用下运动。图片来源：arxiv.org
这个导航仪上还安有一个小开关。当精子抵达癌细胞表面时，导航仪会自动脱落，让精子与肿瘤组织融合，把药物送到癌细胞内。
在体外实验中，这项药物递送系统取得了一定程度上的成功。研究人员先让精子吸收了化疗药物多柔比星（doxorubicin），再用它们去处理癌症细胞。48小时后，携带有化疗药物的精子展现出了与多柔比星溶剂类似的细胞杀伤效果，而未携带化疗药物的精子则没有出现这一效果。
研究人员认为，这套系统起到了一定的抗癌作用。图片来源：arxiv.org
研究人员也坦承，目前这一系统还有很多不成熟的地方。首先，这些导航仪在脱落后，能否被人体正常降解还是一个需要回答的问题。其次，每个精子吸收药物的含量可能不一致，如何让药物的含量适于治疗还需要更多的研究。
第三，可能也是最关键的一个问题，这一系统的伦理性会受到挑战。谁的精子能够被用来递送药物？它们会不会引起意外怀孕？
摆在研究人员面前的问题还很多。
不过科学家们也相信，如果这些问题能够被圆满解决，这项技术的潜力还是巨大的。每年，美国有超过10万名妇女经诊断患有妇科癌症，这一系统有望为患者的治疗带来改变。
“这套精子混合给药系统有望在未来应用于原位的癌症诊断与治疗。”这项研究的一名作者说道。
参考资料：
[1] Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract
[2] Sperm Loaded with Drugs Could Target Gynecological Cancers
相关论文信息
标题
Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract
作者
Haifeng Xu, Mariana Medina Sanchez, Veronika Magdanz, Lukas Schwarz, Franziska Hebenstreit, Oliver G. Schmidt
期刊
arXiv
发表日期
Submitted on 24 Mar 2017
引用
arXiv:1703.08510
摘要
A sperm-driven micromotor is presented as cargo-delivery system for the treatment of gynecological cancers. This particular hybrid micromotor is appealing to treat diseases in the female reproductive tract, the physiological environment that sperm cells are naturally adapted to swim in. Here, the single sperm cell serves as an active drug carrier and as driving force, taking advantage of its swimming capability, while a laser-printed microstructure coated with a nanometric layer of iron is used to guide and release the sperm in the desired area by an external magnet and structurally imposed mechanical actuation, respectively. The printed tubular microstructure features four arms which release the drug-loaded sperm cell in situ when they bend upon pushing against a tumor spheroid, resulting in the drug delivery, which occurs when the sperm squeezes through the cancer cells and fuses with cell membrane. Sperms also offer higher drug encapsulation capability and carrying stability compared to other nano and microcarriers, minimizing toxic effects and unwanted drug accumulation. Moreover, sperms neither express pathogenic proteins nor proliferate to form undesirable colonies, unlike other cells or microorganisms do, making this bio-hybrid system a unique and biocompatible cargo delivery platform for various biomedical applications, especially in gynecological healthcare.
链接
https://arxiv.org/abs/1703.08510
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