细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法技术

本发明专利技术公开了一种细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，该方法采用螺旋纳米机器人分批次场控给药，具体地，带有多种类型配体的第一批螺旋纳米机器人运用靶细胞附近的增强的高通透性和滞留性效应、布朗运动、超声驻波定点聚集的协同作用，实现与靶细胞接触、识别配准和胞吞过程，并利用空间成像技术得到螺旋纳米机器人的运动轨迹位置信息；第二批螺旋纳米机器人根据第一批螺旋纳米机器人提供的运动轨迹位置信息，计算优化路径并磁场驱动到达靶细胞位置，通过螺旋穿刺方式直接进入细胞内部给药。该方法提高给药剂量和给药效率。

【技术实现步骤摘要】
细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法
本专利技术涉及纳米
，特别涉及一种主动细胞靶向的场控螺旋纳米机器人分批给药方法。
技术介绍
最热门的研究课题之一。现有治疗癌症的方式主要采用传统的手术、化学疗法和放射疗法。传统化学治疗方式的药物传递系统利用血液循环实现给药，使药物分布在全身。由于全身都暴露在药物中，这种方式属于非特异性靶向的药物递送。这类方式伴有靶细胞药量较少，药效甚微和对正常细胞严重副作用等问题。纳米技术的发展使药物靶向递送成为可能，药物靶向递送可分为被动靶向和主动靶向。被动靶向利用靶细胞附近血管丰富且内皮细胞膜之间有100～780nm孔隙，此处附近淋巴引流可以使纳米粒子长时间聚集在靶细胞位置，靶细胞对大分子类物质具有增强的高通透性和滞留性效应，称为EPR(EnhancedPermeabilityandRetention)效应。这样被动靶向是利用渗透及保持的EPR效应将药物堆积到目标区域，即利用病变组织及细胞造成的缺氧状态、大分子累积的特征进行药物堆积，但绝大部分(甚至90％以上)药物载体仍存留在其它组织部位。主动靶向利用纳米载药体与靶细胞之间的特异性识别实现靶向给药，这主要采用两种类型的相互作用靶向：①配体(靶向物质)-受体(细胞表面物质)；②抗体(靶向物质)-抗原(细胞表面物质)。但这两种类型都要求靶向物质与细胞表面物质非常接近时(<0.5nm)，二者才能结合并触发细胞内信号相互反应，进而实现细胞内吞的纳米载药体给药。采用纳米机器人搭载药物运载到上述主动靶向要求的作用距离(&lt;0.5nm)，实现精准靶向给药被认为是一种先进的癌症治疗方案。但如何将纳米机器人携带的治疗药物准确、快速地递送至靶细胞区域，并实现高效给药具有挑战性。现有主动靶向携带的单一靶向物质与细胞表面物质配准，然后触发细胞胞吞给药的过程，存在配准效率较低、胞吞时间较长的问题。这主要是因为以肿瘤为代表的靶细胞是一种由动态微环境组成的异质性群体，该微环境经历时空变化，在一定程度上影响靶细胞表面物质的表达，导致细胞表面物质发生部分变化而难以被靶向物质识别。此外，胞吞发生的次数受限于细胞所具有的能量，该过程不能持续进行。这些因素都限制了纳米载药体给药治疗的效率。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，该方法可针对靶细胞实现大剂量高效的胞内给药，提高给药剂量和给药效率。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，包括以下步骤：S1，根据预设需求将螺旋纳米机器人划分为第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人；S2，通过空间成像技术的位置反馈以及磁场驱动和血液辅助运输下，将所述第一批螺旋纳米机器人移动至靶细胞附近区域；S3，通过所述靶细胞附近区域的EPR效应、布朗运动的扩散行为、超声驻波定点聚集的三者协同作用下，使所述第一批螺旋纳米机器人所携带的配体与所述靶细胞的表面受体接触和识别，并利用空间成像技术记录所述第一批螺旋纳米机器人与所述靶细胞接触过程中的位置，得到时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像；S4，当所述第一批螺旋纳米机器人携带的任一配体与所述靶细胞表面的受体特异性识别成功时，所述第一批螺旋纳米机器人通过胞吞的方式进入细胞内部；S5，处理所述时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像，得到磁场驱动所述第二批螺旋纳米机器人的优选路径；S6，按照所述优选路径驱动所述第二批螺旋纳米机器人快速运动至所述靶细胞位置，并通过螺旋穿刺方式直接进入细胞内部；S7，对进入细胞内部的第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人施加交变磁场，以释放自身搭载药物，完成所述靶细胞内部给药。本专利技术实施例的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，通过空间成像的方式实时观测螺旋纳米机器人运动位置；利用超声驻波聚集螺旋纳米机器人以达到主动靶向物质与靶细胞表面物质之间的距离满足小于0.5nm识别要求，并通过携带多种配体避免两者识别失效并提高识别成功几率；基于图像反馈位置信息，驱动螺旋纳米机器人螺旋运动实现穿刺进入靶细胞，通过交变磁场驱动释放药物实现细胞内给药，提高螺旋纳米机器人的给药效率。另外，根据本专利技术上述实施例的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法还可以具有以下附加的技术特征：可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一批螺旋纳米机器人携带至少包括如下任两种特异性配体：叶酸配体、转铁蛋白配体、上皮生长因子配体、尿酸激酶配体、低密度脂蛋白配体、促黄体激素释放激素配体、肿瘤坏死因子配体。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述空间成像技术包括声成像、磁性颗粒成像和近红外荧光成像。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S2中的超声驻波定是两束方向相反、频率和幅值相同的超声波叠加而形成的声波，其中，所述超声驻波对附近的第一批螺旋纳米机器人产生的沿梯度方向的压力作用，使所述第一批螺旋纳米机器人聚集在驻波的波节位置，调整超声频率设置驻波波节的空间位置恰位于所述靶细胞处，使所述第一批螺旋纳米机器人形成位置可控的空间焦点聚集。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像反映所述第一批螺旋纳米机器人运动过程中的平面位置和深度信息的图像数据信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过利用所述图像数据信息对所述第一批螺旋纳米机器人起始点和所述靶细胞位置点之间以最短路径为目标进行拟合，得到所述优选路径，以便于磁场控制的第二批螺旋纳米机器人快速到达所述靶细胞的位置。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第二批螺旋纳米机器人具有亲水性，其自发的贴合到脂质双分子层结构的细胞膜上，再通过磁场控制的螺旋运动对细胞膜的穿刺，使所述第二批螺旋纳米机器人进入所述靶细胞的内部。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S7中搭载药物选自美登素及其衍生物、紫杉醇及其衍生物、澳瑞他汀及其衍生物、阿霉素及其衍生物、博来霉素及其衍生物、更生霉素及其衍生物、普卡霉素及其衍生物和顺铂中的任一种或多种。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法具体执行流程图；图3是本专利技术一个具体实施例的第一批&第二批纳米机器人结构示意图，其中，(a)为第一批螺旋纳米机器人的磁性纳米颗粒表面可以携带合适的药物；(b)为第二批螺旋纳米机器人的磁性纳米颗粒表面可以携带合适的药物；图4是本专利技术一个具体实施例的超声聚集示意图；图5是本专利技术一个具体实施例的靶向物质与细胞表面物质识别及细胞胞吞过程示意图；图6是本专利技术一个具体实施例的空间成像反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，根据预设需求将螺旋纳米机器人划分为第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人；/nS2，通过空间成像技术的位置反馈以及磁场驱动和血液辅助运输下，将所述第一批螺旋纳米机器人移动至靶细胞附近区域；/nS3，通过所述靶细胞附近区域的EPR效应、布朗运动的扩散行为、超声驻波定点聚集的三者协同作用下，使所述第一批螺旋纳米机器人所携带的配体与所述靶细胞的表面受体接触和识别，并利用空间成像技术记录所述第一批螺旋纳米机器人与所述靶细胞接触过程中的位置，得到时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像；/nS4，当所述第一批螺旋纳米机器人携带的任一配体与所述靶细胞表面的受体特异性识别成功时，所述第一批螺旋纳米机器人通过胞吞的方式进入细胞内部；/nS5，处理所述时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像，得到磁场驱动所述第二批螺旋纳米机器人的优选路径；/nS6，按照所述优选路径驱动所述第二批螺旋纳米机器人快速运动至所述靶细胞位置，并通过螺旋穿刺方式直接进入细胞内部；/nS7，对进入细胞内部的第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人施加交变磁场，以释放自身搭载药物，完成所述靶细胞内部给药。/n...

【技术特征摘要】
1.一种细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据预设需求将螺旋纳米机器人划分为第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人；
S2，通过空间成像技术的位置反馈以及磁场驱动和血液辅助运输下，将所述第一批螺旋纳米机器人移动至靶细胞附近区域；
S3，通过所述靶细胞附近区域的EPR效应、布朗运动的扩散行为、超声驻波定点聚集的三者协同作用下，使所述第一批螺旋纳米机器人所携带的配体与所述靶细胞的表面受体接触和识别，并利用空间成像技术记录所述第一批螺旋纳米机器人与所述靶细胞接触过程中的位置，得到时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像；
S4，当所述第一批螺旋纳米机器人携带的任一配体与所述靶细胞表面的受体特异性识别成功时，所述第一批螺旋纳米机器人通过胞吞的方式进入细胞内部；
S5，处理所述时间序列螺旋纳米机器人运动轨迹图像，得到磁场驱动所述第二批螺旋纳米机器人的优选路径；
S6，按照所述优选路径驱动所述第二批螺旋纳米机器人快速运动至所述靶细胞位置，并通过螺旋穿刺方式直接进入细胞内部；
S7，对进入细胞内部的第一批螺旋纳米机器人和第二批螺旋纳米机器人施加交变磁场，以释放自身搭载药物，完成所述靶细胞内部给药。


2.根据权利要求1所述的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，其特征在于，所述第一批螺旋纳米机器人携带至少包括如下任两种特异性配体：叶酸配体、转铁蛋白配体、上皮生长因子配体、尿酸激酶配体、低密度脂蛋白配体、促黄体激素释放激素配体、肿瘤坏死因子配体。


3.根据权利要求1所述的细胞靶向场控螺旋纳米机器人分批给药方法，其特征在于，所述空间成像技术包括声成像、磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟浩，白学元，林佳聪，李勇，侯冰洋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11