用精子遞送藥物，治療婦科癌症

一群德國的科學家打算用精子來遞送藥物，抗擊癌症。圖片來源：麻省理工科技評論

近日，一群來自德國綜合納米科技研究所（Institute for Integrative Nanosciences）的科學家們開發出了一款全新的藥物遞送系統，並計劃將它用於癌症的治療。乍看之下，它似乎並沒有什麼特別之處，但它的遞送方式出乎了許多人的想像……

這群科學家打算用精子來遞送藥物，治療婦科癌症。

在介紹這款系統前，我們先了解一下什麼是藥物遞送系統。對癌症治療而言，僅僅有一款藥物是不夠的，科學家們還需要考慮如何讓這些藥物抵達腫瘤。這很容易理解，一方面來說，進入人體的藥物會被血液快速稀釋，使到達腫瘤附近的藥物濃度有限。另一方面，即便藥物接近了腫瘤，它們有多少能進入腫瘤內部造成殺傷，也依舊是個不好回答的問題。因此，科學家們一直在思索，有沒有什麼辦法，能讓藥物像快遞包裹一樣，直達腫瘤。

先前，科學家們曾考慮過多種不同的藥物遞送系統。一些科學家打算用細菌來遞送藥物，但它們可能會引起免疫系統的劇烈反應，影響人的健康。另外，會繁殖的細菌一旦進入體內，可能會引起預料外的風險。另一些科學家則考慮用納米材料做成籠子，將藥物關在籠子里。在合適的條件下（如某種特定的分子濃度抵達一定閾值），這些籠子的蓋子會自行打開，釋放出內容的藥物。這一方法雖然新穎，卻不能保證每一個籠子都能在合適的時間與地點打開。如果籠子本身不夠牢固，藥物就有可能提前流失。

那人體內，有什麼東西可以成為抗癌藥物的靠譜快遞員呢？這群德國的科學家們開了一個腦洞——精子。精子有一定的運動能力，不會引起免疫反應。如果將藥物儲存在精子里，只要細胞不破裂，藥物也就不會在抵達癌細胞前流失。

為了測試這一想法的可行性，研究人員將精子泡在有活性藥物成分的液體中，並讓它們吸足這些藥物。然後，他們利用納米技術，給精子的頭部裝上了一個小型「導航儀」。在磁場的作用下，這些導航儀會告訴精子前進的方向，這有助於把藥物遞送到最合適的部位。

套上「導航儀」的精子能在磁場作用下運動。圖片來源：arxiv.org

這個導航儀上還安有一個小開關。當精子抵達癌細胞表面時，導航儀會自動脫落，讓精子與腫瘤組織融合，把藥物送到癌細胞內。

在體外實驗中，這項藥物遞送系統取得了一定程度上的成功。研究人員先讓精子吸收了化療藥物多柔比星（doxorubicin），再用它們去處理癌症細胞。48小時後，攜帶有化療藥物的精子展現出了與多柔比星溶劑類似的細胞殺傷效果，而未攜帶化療藥物的精子則沒有出現這一效果。

研究人員認為，這套系統起到了一定的抗癌作用。圖片來源：arxiv.org

研究人員也坦承，目前這一系統還有很多不成熟的地方。首先，這些導航儀在脫落後，能否被人體正常降解還是一個需要回答的問題。其次，每個精子吸收藥物的含量可能不一致，如何讓藥物的含量適於治療還需要更多的研究。第三，可能也是最關鍵的一個問題，這一系統的倫理性會受到挑戰。誰的精子能夠被用來遞送藥物？它們會不會引起意外懷孕？擺在研究人員面前的問題還很多。

不過科學家們也相信，如果這些問題能夠被圓滿解決，這項技術的潛力還是巨大的。每年，美國有超過10萬名婦女經診斷患有婦科癌症，這一系統有望為患者的治療帶來改變。

「這套精子混合給葯系統有望在未來應用於原位的癌症診斷與治療。」這項研究的一名作者說道。

參考資料：

[1] Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract

[2] Sperm Loaded with Drugs Could Target Gynecological Cancers

相關論文信息

標題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

發表日期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.

鏈接https://arxiv.org/abs/1703.08510

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