由于系统给药脱靶效应（off-target effect）造成的不可控毒性，超过百分之三十的候选药物无法通过临床审批。开发精准给药策略有助于重新考虑这些因系统毒性而被废弃的药物，有助于将这些有前景的治疗试剂转化为成功的疗法。磁性软体机器人能够在生物体内难以触及的区域执行任务，有望革新药物递送领域。要实现磁性软体机器人在体内稳健的执行主动给药或相关任务的功能，仍具有挑战性：首先需要创新基底材料（base materials），既要满足力学性能和生物相容性的基本要求，又要具有响应外界信号刺激的能力；其次需要优化基底材料与磁性功能单元之间的相互作用，防止因磁性物质泄露而导致软体机器人体内服役失效。
近日，浙江大学黄雯雯研究员团队于Advanced Science发表内封面（inside front cover）文章，提出了一种基因工程和电化学工程协同整合的策略，通过原位磁化电化学创建的配位位点，构建了一种蛋白质基磁性软体机器人。该研究基于经典的晶体形核-生长理论，利用基因工程、电化学、微加工等多学科交叉手段，从分子水平上“自下而上”地从头设计、制备、功能化了具有特定刺激响应性的重组蛋白水凝胶，为构建面向精准药物递送的软体机器人提供了新的方法。
如下图所示，基于团队前期开发的具有温度响应性的重组类丝弹性蛋白（SELP）水凝胶，作者利用电化学方法，通过定制电极半反应以及优化电场相关参数（施加电压、处理时间），实现了水凝胶网络上离子-蛋白配位位点的建立。这些离子-蛋白配位位点被看作磁性物质的形核位点，在提供适当的离子源和生长条件后，原位功能化为超顺磁磁性纳米晶。结合微加工工艺，制备了蛋白质基磁性软体机器人。
得益于电化学方法的灵活性和兼容性，通过调控电极的几何结构可以实现水凝胶基底上磁性物质的图案化和驱动行为重编程，使得机器人可以执行预设可控的弯曲/展开等驱动行为。此外，“原位磁化电化学创建的配位位点”的策略赋予机器人以增强的力学性能和多物理场响应性：增强的力学性质使得机器人可以被封装到胶囊或导管等有限的空间，以微创或无创的形式递送到体内；超顺磁磁性纳米晶作为动力传输媒介，使得机器人可以灵敏的响应外界磁场的操控；磁性纳米晶的光热转换能力使得其可以作为药物释放的开关，通过“光-热-形变”偶联释放储存在水凝胶基底中的药物分子。
综上所述，作者协同基因工程和电化学工程，成功构建了基于蛋白质的磁性软体机器人用于主动药物递送。该策略具有可设计、可调控、易加工、灵活简便等优势，有望进一步满足医疗医药机器人领域和精准药物递送领域的需求。
浙江大学爱丁堡联合学院黄雯雯团队博士生赵行为论文第一作者。浙江大学爱丁堡联合学院2022级本科生余博、浙江大学爱丁堡联合学院黄雯雯团队博士生于丁一、2023级本科生肖东方作为论文共同作者做出重要贡献。爱丁堡大学周琦博士在文章准备、返修过程中做出重要贡献。浙江大学爱丁堡联合学院黄雯雯研究员为论文唯一通讯作者。在相关工作得到国家自然科学基金项目和浙江省自然科学基金项目等项目资助。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503404
课题组介绍
浙江大学研究员，博导，浙江省高层次人才，浙二兼聘教授，英国爱丁堡大学荣誉P1，主持多项国家自然科学基金和省部级项目。长期致力于蛋白质材料的研究，包括重组蛋白理性设计、蛋白材料加工、再生医学、肿瘤联合治疗等方面的科研工作。发表相关国际论文40余篇，H-index 29；应邀担任生物医学工程与应用国际会议地区主席及出版主席，30余个学术期刊审稿人，车用生物燃料技术国家重点实验室、李达三·叶耀珍干细胞与再生医学研究中心固定成员。
课题组运用工程技术手段，聚焦“以治病为中心”转向“以健康为中心”的新趋势，建立了以蛋白功能为导向，以生物合成和模拟预测为基础，以高通量制备分析和功能测试为验证和优化手段的重组蛋白创制平台，开展了新型生物材料设计及其临床转化的系统研究。
课题组简介:https://wenwenhuang.com/
联系邮箱: wenwenhuang@intl.zju.edu.cn
招聘主观能动性强的博后、博士生和研究生(含申请制的爱大单博单硕，相关介绍：https://biomedical-sciences.ed.ac.uk/connections-outreach/international-activities/zje-institute)。
