送藥物、治傷口、成像…科技賦能的微藻或將是醫療界的“萬金油
微藻是一類個體微小、結構簡單的植物。隨著生物技術的發展，我們在食品、生物醫藥、材料、環保、能源，乃至航空航天等領域都能看見它的身影。小小的微藻究竟有著怎樣的本領讓它能在各領域表現出色？圍繞這個問題，生物版今日起特推出“小微藻大用途”系列報道，帶您看看微藻的“十八般武藝”。
結構簡單、種類繁多的微藻，廣泛分布于海洋、淡水和土壤等生態系統。在這個“大家族”中，個別藻類憑借特殊結構，有望在醫用領域一展所長。
科技賦能螺旋藻
近日，浙江大學周民教授團隊聯合哈佛大學醫學院陶偉教授團隊，在國際期刊《自然·通訊》發表研究論文介紹，聯合團隊將鈍頂螺旋藻經簡單的脫水—復水化處理，裝載上輻射防護藥物氨磷汀，制備出了可口服的螺旋藻—氨磷汀遞送系統。
動物試驗結果顯示，這一遞送系統在整個小腸內表現出全面的防護作用，優于游離藥物和腸溶性膠囊，能在不影響腫瘤治療效果的情況下防止放療導致的腸道損傷，延長生存期，還可避免氨磷汀的長期毒性，對腸道微生物群穩態起保護作用。
總之，該研究利用一種可食用的天然微藻裝載輻射防護藥物氨磷汀，制備用于口服的藥物遞送系統（SP@AMF）。該系統可保護藥物不被胃酸滅活，并通過腸道長時間滯留和藥物緩釋，實現在小腸各段均勻的高濃度藥物分布，從而實現對小腸全長的有效保護，預防放療導致的腸道損傷。
針對在臨床腫瘤放療中常見的腸道輻射損傷問題，此研究基于可再生、可口服的天然微藻，制備用于腸道輻射防護的口服給藥系統。該系統效果顯著、制備簡易、安全性高，具有較大的臨床轉化及應用潛力。
“微藻種類龐大，約有3萬多種記錄在冊，目前只有超過15種微藻被用于醫學界?？紤]到培養成本和應用價值等條件，醫學中常用的微藻種類較多，包括藍藻門、綠藻門、紅藻門等。”周民告訴記者，由于微藻易獲取、易培養且具有獨特的表面結構及豐富的活性物質，在生物成像、藥物遞送、乏氧腫瘤治療、傷口愈合等方面有巨大的應用價值。
利用活性表面 進行藥物遞送
“傳統藥物遞送系統具有藥物作用時間短、生物利用度差、合成困難等缺點。而微藻來源廣泛、培養成本低，活性表面大且可有效吸附功能分子、金屬元素等，近幾年已作為載體被廣泛用于藥物遞送系統的構建。”周民說。
比如2020年4月，周民團隊在期刊《微尺度》發表成果，利用螺旋藻的特性，將小分子化療藥物阿霉素加載至螺旋藻上，合成載藥系統。研究顯示，螺旋藻帶有負電荷的表面可通過靜電吸附裝載帶正電荷的小分子藥物，其細胞膜上的水通道和連接孔也允許小分子通過并進入膜內，顯示出了對藥物的較高負載效率。
腫瘤細胞在快速增殖中會消耗大量的氧氣，導致腫瘤組織內部存在缺氧微環境，這是眾多腫瘤治療方法出現耐受現象的原因之一。靶向供氧到腫瘤部位，是提升放療和光動力治療效果的突破點之一。
含有豐富葉綠素的微藻，具備一定的生物傳感能力。近年來，許多科研人員著眼于利用微藻光合作用原位產氧，改善腫瘤組織內部的乏氧情況，增強腫瘤治療效果。
“同時，微藻表面積較大，磁化硅藻可裝載大量藥物，并在磁場控制下實現靶向運輸和藥物緩釋。”周民介紹，團隊2年前曾研制出一款微納機器人，以微藻作為活體支架，附著磁性涂層，在外部磁場控制下，使其定向運動至腫瘤組織，再通過體外光照，讓微藻原位產生氧氣來減輕腫瘤乏氧微環境，提高放療效率（具體，下文還將詳述）。
光合作用產氧 促進傷口愈合
在傷口處涂些特制藥膏，再用激光照射處理，藥膏含有的微藻成分即可產生活性氧，會對使傷口感染的厭氧菌進行“阻擊”……這類方式如今已不鮮見。
傷口愈合可以分為炎性期、增生期和重塑期三個階段，每個階段都有氧氣的參與，其中細胞增殖、新生血管生成、膠原合成等修復活動尤其離不開氧氣。但傷口中普遍存在的血管破裂或收縮會妨礙供氧，導致組織缺氧，不利于傷口愈合。
浙江大學轉化醫學研究院博士研究生張東曉表示，增加傷口局部的氧氣濃度能有效加快傷口愈合，以往臨床上采用的高壓氧療或局部氣體氧療等方法，對皮膚穿透性一般。微藻是天然的光合生物，在加快傷口愈合方面有用武之地。
目前，全球糖尿病患者人數眾多。但鮮為人知的是，其中約25%的糖尿病患者終生面臨慢性傷口不愈的風險。糖尿病患者往往會由于傷口缺氧，導致新生血管生成障礙，慢性傷口難以愈合，引發糖尿病足潰瘍，嚴重的甚至會迫使患者截肢。
2020年5月，南京大學胡一橋、吳錦慧團隊在國際期刊《先進科學》發表研究成果。團隊設計出一種由活性微藻水凝膠制成的產氧貼片，可以原位產生穿透皮膚的溶解氧，穿透效率較傳統局部氣態氧治療高近100倍。
經實驗表明，該貼片遞送的溶解氧可以有效促進成纖維細胞的增殖、角質層細胞的遷移以及內皮細胞的血管分化，并促進糖尿病小鼠的慢性傷口愈合和皮瓣移植的存活。
張東曉介紹，國外已有科學家創造性地將基因修飾的萊茵衣藻植入外科縫線中，由此制造出的具有光合作用的縫線，能持續釋放氧氣及重組人源生長因子，有效地促進傷口愈合。近年來，對微藻制造縫線或貼片等的相關研究逐漸增多，經由微藻制造的縫線或貼片成本低廉、合成簡單，具有較高的臨床轉化及商業化價值。
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來源：賢集網
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