AFM: Light-driven micromotors for the treatment of neurodegenerative diseases
一、文章概述
如今，微型机器人被认为是有吸引力的临床治疗移动载体。从这个意义上说，人们对微型机器人产生了高期望，期待微型机器人能应对一些尚未解决的医疗难题，这些微型机器人将自主导航与执行特定任务的能力相结合。神经退行性疾病是无法治愈的疾病，对数百万人的生活质量产生巨大影响。迄今为止，蛋白质分解（即成熟蛋白质原纤维在特定疾病起源处的解离）已被讨论做为非自主纳米粒子的靶向治疗的可能性。在这里，基于凹形 BiVO4 微球的自驱动-光驱动单组件微电机用于分解蛋白质原纤维。微电机固有的动态活性氧 (ROS) 生成促进了有效的分解。此外，对于这些单组分微电机观察到的螺旋轨迹可能是 ROS 均匀分布的原因，这会导致蛋白质解离效果增强。这种具有高效光催化 ROS 产生和分布的光驱动微电机所引出的ROS 的光动力疗法在治疗肺癌或皮肤癌等疾病领域具有广阔的发展前景。
二、图文导读
图1. 用于分解成熟蛋白质原纤维的光驱动 BiVO4 微电机。在 BiVO4 微电机导航过程中产生的活性氧物质（ROS，用剪刀标签标记）对成熟原纤维的分解的关键作用。还包括在两种实验条件下获得的硫代黄素 T (ThT) 染色的人血清白蛋白 (HSA) 的荧光光谱：i) 在 BiVO4 微电机存在的情况下作为成熟原纤维，没有光照射，ii) 在暴露于 BiVO4 后作为分解原纤维光照射下的微电机。
图2. BiVO4 微电机的形态和化学特征。A) 凹球形 BiVO4 微电机的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。B)、C）、D）、E）单个 BiVO4 微电机的能量色散 X 射线 (EDX) 图像及其对应的单独映射。F) XPS光谱。G-I) 高分辨率核心级光谱。
图3. BiVO4微电机在光照射下的运动分析。A) 用不同浓度的 H2O2获得的 BiVO4微电机的螺旋轨迹。B) 针对不同浓度的 H2O2 (wt%)的平均速度值如下：0.15：0.4 ± 0.07 BL s-1；0.35：0.5 ± 0.1 BL s−1；0.5：0.6 ± 0.1 BL s−1；1：0.8 ± 0.3 BL s-1，和 2：1.1 ± 0.3 BL s-1。C) 平均速度和 D) 单个 BiVO4 微电机在 2 wt% H2O2 下不同光开/关模式下推进螺旋轨迹的延时图像：暗（0-5 秒；16-21 秒）和光照射 （5–15 秒；20–30 秒）。 实验条件：溶剂=H2O； [吐温20] = 0.1 wt％； 光照射 = 365 nm； 光强 = 1.674 W cm−2； t = 35 秒。
图4. BiVO4微电机分解成熟蛋白质原纤维的能力：对抗神经退行性疾病的新战士。 A) 光照射的影响。用于孵育人血清白蛋白 (HSAinc) 的硫磺素 T (ThT) 荧光测定，如 i) 在 BiVO4 微电机存在下没有光照的成熟原纤维（蓝色）和 ii）由于光的作用而解聚的 HSA 原纤维（红色）以及暴露的 BiVO4 微电机。B) 图 (A) 中两种实验条件的相对荧光光谱。C) 化学燃料的影响。动态 ThT 荧光检测（红色）与光暴露微电机在 H2O2 存在下的作用以及不添加 H2O2 时静态微电机（绿色）的结果相关。实验条件：[HSA] = 1 × 10−3 m； [ThT] = 5 × 10−3 m； [H2O2] = 0.5 重量％；[BiVO4 微电机] = 0.55 mg/mL；溶剂：PBS (0.01 m)；光照：太阳模拟器，30分钟；N = 4。
图5. BiVO4 微电机与替代因素对 HSA 分解的关键作用。动态 ThT 荧光测定：a) 在没有 BiVO4 微电机和光的情况下孵育的人血清白蛋白 (HSAinc) 的成熟原纤维的原始荧光强度；b) 在动态微电机存在下未孵育的 HSA (HSAno-inc) 单体；c) 在光照射下 H2O2 分解 HSA 成熟原纤维。实验条件：[HSA] = 1 × 10−3 m； [ThT] = 5 × 10−3 m；[H2O2] = 0.5 重量％； [BiVO4 微电机] = 0.55 mg /mL； 溶剂：PBS (0.01 m)；光照：太阳模拟器，30分钟； N = 4
三、全文总结
本文制备了具有分层形状和特殊凹面缺陷的球形单组件BiVO4微电机，它们具有光触发自推进运动，并且在光开/关切换模式下对其导航进行了有效的动态调制。它们增强的光催化活性和随后产生的 ROS 已被用于成熟蛋白质原纤维的即时解聚，这一概念代表了一种针对神经退行性疾病的治疗方法，扩展了微型机器人可以发挥决定性作用的生物医学应用。这项工作可以预见到微电机的新型应用，可以很快实现对这些目前无法治愈的健康问题的有效医疗。
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