近日，我院辛洪宝教授等在光控活细胞微机器人研究中取得重要进展，他们将光学微操控与生物细胞功能调控相结合，构建出光控巨噬细胞免疫微机器人，并成功应用于体外和体内生物威胁物的精准靶向清除。相关研究成果发表在国际知名学术期刊 Light: Science & Applications（文章链接），并被选为当期封面论文，被 Science Magazine、Science Blog、Bioengineer.org 等报道。论文第一作者是博士生李醒，通讯作者是辛洪宝教授和潘婷副教授。
包括巨噬细胞在内的先天免疫细胞能够在病原体入侵后快速反应、吞噬病原体、清除衰老细胞，甚至精确锁定并攻击癌细胞等生物威胁物。虽然巨噬细胞本身具备强大的“作战能力”，但问题是如何让其听从指令、快速启动、精准出击。近几年，人们尝试借助物理场控制与仿生设计来操控免疫细胞、使其听从指令、快速启动、精准出击，但多数方法仅能让细胞快速启动，难以同时调控细胞的生物功能。通过外源性材料修饰或基因工程改造能调控细胞的生物功能，但外源性材料会在体内带来免疫排斥等问题。
为了解决该问题，辛洪宝教授团队提出近红外光激活并控制巨噬细胞的思想，在无需外源性材料修饰或基因编辑的情况下，仅用一束聚焦的近红外光、通过“光热-光力”双模态操控巨噬细胞，构建出听从指令、快速启动、精准导航、靶向清除等功能的巨噬细胞免疫微机器人（Phagobot）。其原理是将一束波长为 1064 nm、光斑直径约为 2 mm的聚焦近红外光（功率 60-80 mW）照射在巨噬细胞膜上，通过产生的局域光热效应激活细胞膜上的温度敏感离子通道、引发钙离子内流、增强线粒体能量代谢、驱动活性氧的大量产生、激活巨噬细胞的免疫功能并按指令诱导伪足延伸，从而在3分钟内实现 Phagobot 的快速启动。启动之后，将聚焦光束照射在延伸出的伪足上，通过产生的光力（约为35 pN）操控伪足定向迁移来实现 Phagobot 的精准导航及病原体（真菌、细菌、塑料微颗粒）、癌细胞碎片等的吞噬清除。进一步，将 Phagobot 放到活体斑马鱼蠕动的肠道中，在12分钟内清除了斑马鱼体内的病变细胞碎片。经1.5小时以上连续观测，未发现斑马鱼活性受影响的情况，实验证明了光控巨噬细胞免疫微机器人具有很好的生物安全性。
与传统生物微机器人相比，这种光控巨噬细胞免疫微机器人实现了从单一物理移动向“智能细胞作战单元”的转变，以极简单的干预手段保障了生物相容性和稳定性，为智能生物微机器人的设计和构建提供了新思路，为免疫调控、病灶清除等提供了非遗传依赖的新型光学途径。
