Magnetic/photothermal dual-driven micro/nanorobots for synergistic NO-mediated photothermal thrombolysis 磁性/光热双驱动微/纳米机器人用于协同NO介导的光热血栓溶解

《Materials Today Bio》：Magnetic/photothermal dual-driven micro/nanorobots for synergistic NO-mediated photothermal thrombolysis

　　

血栓形成性血管阻塞是全球心血管疾病和脑血管事件的主要诱因及致死原因，对人类健康构成严重威胁，而传统的溶栓药物存在半衰期短、靶向性差、利用效率低和治疗效果不佳等固有局限性。一氧化氮（NO）辅助的气体疗法在协同溶栓中显示出巨大潜力，但其超短半衰期（< 5秒）以及靶向递送和时空控制的挑战阻碍了其临床应用。在此，研究人员开发了双驱动rGO@Fe3O4-βCD-BNN6微/纳米机器人，用于NO介导的靶向光热血栓消融，该系统具有位点特异性富集、治疗药物可控释放和提高治疗特异性的优势。还原氧化石墨烯（rGO）作为核心光热剂，具有优异的光热转换效率（44.2%），而Fe3O4纳米粒子赋予微/纳米机器人磁响应性以实现精确的方向性靶向。β-环糊精（βCD）增强了NO供体BNN6（N,N’-二仲丁基-N,N’-二硝基-1,4-苯二胺）的负载能力和生物相容性，BNN6经光热诱导的热分解可在原位释放NO，破坏纤维蛋白网络并协同促进溶栓。该微/纳米机器人实现了高达88.8%的显著溶栓疗效，显著优于传统药物。全面的溶血和细胞毒性试验证实了其优异的生物相容性。这种双驱动、光热-气体协同的微/纳米机器人平台为克服传统溶栓疗法的局限性提供了一种新颖且安全的策略，为推进微/纳米机器人血栓介入治疗铺平了道路。

论文解读：磁性/光热双驱动微/纳米机器人在协同溶栓治疗中的应用

研究背景与意义

血栓形成性疾病是导致全球死亡的首要原因，常引发严重的心脑血管事件。临床上，组织纤溶酶原激活剂（tPA）、尿激酶（UK）等传统溶栓药物虽为一线选择，但受限于半衰期短、靶向能力弱、药物利用率低及治疗效果不佳等问题。气体疗法（GT）作为一种新兴的生物相容性策略，其中一氧化氮（NO）因其调节血管内皮功能、抑制血小板聚集及减轻血栓微环境氧化应激的作用，在协同光热溶栓中具有重要价值。然而，NO在体内半衰期极短（< 5秒），如何实现其高效靶向递送和精确的时空控制是血栓治疗领域的重大挑战。微/纳米机器人（MNRs）凭借其在微观尺度执行特定任务的能力，为解决这一难题提供了革命性平台。本研究由北京理工大学的Wenjia Kang、Jinhua Li、Huaijuan Zhou等研究人员完成，发表于《Materials Today Bio》，旨在通过构建磁性/光热双驱动的rGO@Fe₃O₄-βCD-BNN6微/纳米机器人，实现NO介导的靶向光热血栓溶解，为血栓介入治疗提供新范式。

关键技术方法

本研究采用共沉淀法合成rGO@Fe₃O₄，随后通过搅拌自组装法依次负载β-环糊精（βCD）和NO供体BNN6。利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）等技术对材料的晶体结构、化学键合及微观形貌进行表征。通过红外热像仪和Griess法分别评估材料的光热转换性能及NO释放行为。利用旋转磁场和近红外（NIR）激光探究微/纳米机器人的运动特性。体外溶栓实验以兔全血血栓为样本，通过称重法、吸光度检测及苏木精-伊红（H&E）染色评估溶栓效率。生物安全性通过溶血实验、活化部分凝血活酶时间（APTT）测定及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的细胞计数试剂盒-8（CCK-8）法和活/死染色进行评估。

研究结果

3.1 微/纳米机器人的设计与表征

研究人员通过共沉淀法成功制备了rGO@Fe₃O₄，并利用βCD的主客体相互作用负载BNN6。XRD结果显示复合材料中保留了γ-Fe₃O₄的特征峰，表明Fe₃O₄的成功负载且未破坏晶体结构。FTIR和紫外-可见吸收光谱证实了有机组分BNN6的有效结合。动态光散射（DLS）显示微/纳米机器人粒径主要分布在356.2 nm。SEM和TEM图像显示Fe₃O₄和BNN6颗粒均匀分布在二维rGO片层表面，元素映射分析进一步证实了C、Fe、O、N元素的均匀分布，验证了复合结构的成功构建。

3.2 微/纳米机器人的光热性能

光热测试表明，纯rGO溶液在10分钟内温度升高26.0 °C，表现出优异的光热转换能力，而Fe₃O₄本身光热活性较低。rGO@Fe₃O₄的光热性能随浓度和激光强度的增加而增强，其光热转换效率高达44.2%，且经过三个循环后仍保持稳定。在此基础上，负载BNN6后，在808 nm NIR照射下，材料产生的热量可触发BNN6热分解并释放NO，且NO的生成量随光照时间延长而增加。更重要的是，通过开关NIR激光可实现NO释放的精确开/关控制，证明了其优异的光控释放性能。

3.3 微/纳米机器人的运动行为

得益于Fe₃O₄的磁性和rGO的光热效应，该微/纳米机器人表现出磁/光热双驱动特性。在旋转磁场（RMF）下，机器人呈现快速滚动运动；在NIR照射下，则产生显著位移。局部NIR光斑可诱导机器人发生光致聚集行为，有利于提高光热效率和靶向性。随着激光强度的增加，机器人的相对速度呈近似线性增长。此外，该机器人在复杂的血液基质中仍能保持良好的运动能力，验证了其在实际治疗环境中的适用性。

3.4 体外溶栓效果及其协同机制

体外溶栓实验结果显示，单纯rGO@Fe₃O₄组溶栓率为33.4%，联合NIR照射后提升至61.5%。引入BNN6并在NIR和RMF共同作用下，溶栓率最高达到88.8%，显著优于临床药物UK（51.6%）。吸光度检测和H&E染色结果均证实了高效的血栓溶解和结构破坏。通过对比不含rGO或去除NO的实验组，研究证实rGO的光热效应与BNN6释放的NO之间存在显著的协同作用，且磁驱动有助于机器人深入血栓内部进行机械扰动治疗。

3.5 生物相容性分析

生物安全性评估显示，不同浓度的微/纳米机器人溶血率均低于5%，且对血液凝固系统无明显干扰。CCK-8和活/死细胞染色结果表明，HUVECs在与不同浓度的材料共孵育24小时后仍保持高存活率（>80%），即使在NIR照射下也未观察到明显细胞毒性，证实了该微/纳米机器人具有良好的血液相容性和细胞生物相容性。

结论与讨论

研究结论指出，研究人员成功开发了一种新型的磁性/光热双驱动rGO@Fe₃O₄-βCD-BNN6微/纳米机器人平台用于靶向溶栓治疗。该系统利用rGO@Fe₃O₄优异的光热转换性能，在808 nm NIR激光照射下诱导局部高热介导光热溶栓，同时触发NO供体BNN6的热分解，原位释放NO进一步通过机械力破坏纤维蛋白网络，从而增强溶栓疗效。在RMF刺激下，微/纳米机器人表现出精确的定向运动和光致聚集，不仅能提高溶栓效率，还能实现对深部血栓的治疗。系统的体外生物相容性评价证实了该微/纳米机器人的卓越安全性。这项工作建立了一种双驱动、光热-气体协同的靶向治疗微/纳米机器人平台，为推进基于微/纳米机器人的溶栓疗法奠定了坚实基础。