膀胱癌（bladder cancer）是全世界范围内发病率最高的癌症之一，在男性癌症发病率中排名第四。尽管膀胱癌的死亡率相对较低，但近一半的膀胱癌患者会在治疗后5年内复发，因此需要持续的监测。膀胱癌需要频繁的医院就诊和重复治疗，使得这种癌症成为治疗费用最昂贵的癌症之一。

虽然目前直接向膀胱癌患者的膀胱内注射药物的治疗方法显示出良好的生存率，但其治疗效果仍然较低。一种有前途的替代方法涉及使用能够直接向肿瘤递送治疗药物的纳米颗粒，特别是纳米机器人（nanobots），这种能够在体内自行推进的纳米颗粒值得关注。

2024年1月15日，巴塞罗那科学技术研究所的研究人员在 Nature Nanotechnology 期刊发表了题为：Urease-powered nanobots for radionuclide bladder cancer therapy 的研究论文。

该研究使用单次尿素驱动的纳米机器人治疗，成功地将小鼠膀胱肿瘤的缩小了90%。这种由硅基多孔球体组成纳米机器人，它们的表面携带了各种具有特定功能的组分，其中包括脲酶（Urease，一种催化尿素分解的酶），使纳米机器人能够自行推进。另一个关键组分是放射性碘¹³¹I（一种常用来局部治疗肿瘤的放射性同位素）。

论文通讯作者 Samuel Sánchez 教授表示，该研究显示，单次治疗就让膀胱肿瘤缩小了90%，考虑到膀胱癌患者通常需要6-14次住院治疗，而这种基于纳米机器人的治疗方法有望提高治疗效率、减少住院时间、降低治疗费用，为创新的膀胱癌治疗铺平了道路。团队接下来将进一步探索治疗后肿瘤是否会复发。

膀胱中的奇妙之旅

在之前的研究中，科学家们证实了纳米机器人的自驱动能力，其能够到达所有膀胱壁。这与目前的膀胱内药物治疗相比优势明显，因为使用这些药物进行膀胱内治疗时，患者必须每半小时改变一次身体姿势，以确保药物到达所有膀胱壁。

这项最新研究进一步证明，基于纳米颗粒的纳米机器人不仅在能够在膀胱中的移动，而且在肿瘤中的特定聚集性。研究团队使用正电子发射断层扫描（PET）成像以及研究完成后取出的小鼠膀胱组织的显微3D成像证明了这一点。

纳米机器人穿透膀胱肿瘤

创新显微技术实现对纳米机器人的定位

常规的非侵入性成像技术，例如正电子发射断层扫描（PET）成像，缺乏足够的分辨率来定位组织中这些微小的纳米机器人。在这项研究中，研究团队使用了一种激光片照射样本的显微技术，通过与组织和颗粒相互作用的光散射来获取3D图像。但肿瘤本身会散射部分激光，产生干扰，研究团队开发了一种基于偏振光的新技术，可以抵消来自肿瘤组织和细胞的散射光。

这一创新使得无需事先使用分子标记即可实现对纳米机器人的可视化和定位，从而以前所未有的分辨率识别和定位整个膀胱器官中的纳米颗粒。该研究观察到，纳米机器人不仅到达了膀胱肿瘤，而且还进入了肿瘤组织，从而增强了放射性药物（放射性碘¹³¹I）的作用。但解释这些纳米机器人为什么能够进入肿瘤是一个挑战，因为纳米机器人缺乏识别肿瘤的特异性抗体，而肿瘤组织通常要比健康组织更“硬”。研究团队观察到，这些纳米机器人可以通过自发化学反应提高局部pH值，从而分解肿瘤的细胞外基质。这种现象有利于向肿瘤组织的穿透，并有利于在肿瘤组织中优先积累。

基于上述发现，研究团队得出结论，对于纳米机器人而言，尿路上皮就像一堵墙，而肿瘤组织就像有弹性的海绵，纳米机器人可以穿透肿瘤组织并在集中积聚。此外，纳米机器人的移动性增加了其到达肿瘤的可能性。

已成立公司转化

该研究使用的纳米机器人技术，Samuel Sánchez 教授及其团队已经开发了七年多时间，并在最近获得了专利授权。2023年1月，他创立了 Nanobots Therapeutics 公司，并于2023年6月完成了第一轮融资。该公司旨在通过改善治疗药物在靶组织的积聚来提高治疗效果。

研究团队表示，携带放射性同位素药物的纳米机器人的局部给药降低了产生不良反应的可能性，并且在肿瘤组织中的高积累有利于放射治疗效果。这些研究的结果为使用其他具有更大诱导治疗效果能力的放射性同位素进行更安全的局部治疗打开了大门。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01577-y