“可实现精准给药” KAIST开发自主移动细胞机器人

by Jeong Ilwoong

Published 30 Jun.2025 07:58(KST)

以细胞为基础、能够自主移动的“细胞机器人”已在韩国国内被开发出来。预计细胞机器人今后将被用作精密药物递送和下一代细胞治疗法的源头技术。

KAIST称，化学系Choi Insung教授研究团队在无外部动力装置和复杂机械结构的情况下，利用生物副产物“尿素（urea）”作为燃料，开发出了一种自我驱动的细胞机器人，并于30日对外公布。

（自左起）Choi Inseong 教授、Lee Hojai 教授、Han Sangyeong 硕博连读生、Lim Hyeongbin 硕博连读生、Kim Nayoung 硕博连读生。KAIST 提供

尿素是在包括人类在内的大多数动物体内分解蛋白质时产生的代谢废物，在生命体内承担着在蛋白质代谢过程中将氨转化并排出为毒性较低形态的作用。

该研究团队开发的细胞机器人能够识别方向并自主移动。基于这一特性，研究团队设计出一种多功能平台，可用于运输目标物质或搭载周围环境调控功能。

此前，研究团队关注到“酵母（yeast）”这一生命体：它易于且稳定获取，副产物中具有可利用的乙醇，而且无需复杂的人造外部装置即可利用生命体自身产生的物质。

用于烘焙和米酒发酵的酵母在分解葡萄糖获取能量的代谢过程中，会将酒精（乙醇）作为副产物生成。研究团队开发出一项源头技术，可利用这一过程中生成的乙醇，以生物相容的方式在酵母表面形成纳米外壳。

研究团队应用由醇氧化酶（AOx）和辣根过氧化物酶（HRP）构成的酶系统，引导与酵母葡萄糖分解反应相连的级联酶反应，从而在酵母表面形成黑色素类纳米外壳，这是该技术的核心所在。

尤其是，此次开发的化学方法论被设计为即便在酵母生长、分裂的过程中也能持续形成纳米外壳，因此会随着细胞形态的变化，自然生成不对称的细胞—外壳结构。

展示细胞代谢耦联型自律 SCNE 方法论的示意图。KAIST 提供

例如，在分裂中的细胞上，有时会形成包裹整个细胞的外壳，但也会出现仅在母细胞部分形成外壳、而在子细胞部分不形成外壳的结构。

基于这一点，研究团队在包裹细胞的纳米外壳上附着脲酶（urease，一种将尿素分解为氨和二氧化碳的酶），并对细胞机器人的运动进行了观测。

在观测过程中发现，脲酶通过催化分解尿素，发挥出为细胞机器人自主运动提供驱动力的关键作用；同时，研究团队确认，具有不对称结构的细胞机器人能够以更加明确的方向性实现自我推进。

研究团队将新开发的细胞机器人仅依靠细胞周围存在的物质即可实现自我推进这一点，视为其优势之一。

研究团队还表示，由于该系统不依赖磁铁或激光等复杂的外部控制装置，其驱动机制要简单得多，同时具有良好的生物相容性，并且可以在纳米外壳上以化学方式接枝多种酶，因此有望扩展开发出能够利用多种生物物质作为燃料的细胞机器人。

KAIST化学系博士课程研究生Kim Nayoung（论文第一作者）表示：“自我驱动细胞机器人是一种具备自主感知环境、作出反应并运动能力的新概念平台”，“预计今后将在癌细胞靶向治疗、精密药物递送系统等领域发挥核心作用。”

另一方面，本研究在韩国研究财团基础研究事业中坚研究课题的支持下完成。研究成果（论文）已于本月25日发表于国际学术期刊《Science Advances》在线版。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。