人造微游泳者减慢速度并积聚在低燃料区域李霄云

人造微游泳者减慢速度并积聚在低燃料区域

梅森工程学院的一位研究人员发现，人造微游泳者会在其速度最小化的地方聚积，这一想法可能对提高靶向癌症治疗的疗效产生影响。

沃尔根瑙工程学院机械工程学助理教授杰夫·莫兰和西雅图华盛顿大学的同事研究了使用过氧化氢作为燃料在水中“游动”的自行式半铂/半金棒。过氧化物越多，游泳速度就越快；在纯净水中没有过氧化物的情况下，鱼竿不会游泳

在这项工作中，他们着手了解将这些人工微游泳机放置在装有梯度过氧化氢的储液罐中时会发生的情况-一侧有很多过氧化物，而另一侧没有很多。

他们发现，可以预见的是，微游泳者在过氧化物浓度高的区域游得更快，莫兰说，他的研究发表在新一期的《科学报告》上。

正如其他人观察到的那样，随着游泳者探索周围的环境，游泳的方向随时间随机变化。相反，在低浓度区域中，杆在几分钟的时间内减速并聚集在这些区域中。

他说，研究结果提出了一种使微游泳者被动积累在特定区域的简单策略，这种想法可能具有实用性和实用性。

莫兰说，在微观尺度上游泳是生物学中普遍存在的现象。“许多细胞和微生物可以自主游向分别有益或伤害细胞的较高或较低浓度的化学物质。”

他说，这种行为称为趋化性，它既常见又重要。“例如，您的免疫细胞利用趋化性来检测并游向受伤部位，因此它们可以启动组织修复。”

与该领域的其他人一样，Moran及其同事长期以来一直对人造微游泳者是否可以通过进行趋化作用，不断向更高的化学浓度游动来模仿细胞进行模仿感到好奇。有些人声称，特别是铂/金棒可以自动游向富含过氧化物的区域。

他说：“我们对这些说法持怀疑态度，因为这些杆还没有存活，因此它们没有细胞执行这种行为所必需的传感和响应能力。”

莫兰说：“相反，我们发现了相反的情况：这些棒聚集在较低浓度的区域中。这与人们对趋化性的期望相反。”

他说，研究人员进行了计算机模拟，预测了这一点，并通过实验对其进行了验证。

“我们对这种行为提出了一个简单的解释：无论杆在哪里，它们都以随机变化的方向移动，探索周围环境。当它们到达低燃料区域时，它们无法像以前那样剧烈地探索。在某种意义上，它们会被困在他们的舒适区。”莫兰说。

他说：“相反，在高过氧化物区域，它们以较高的速度运动，并且由于它们的方向不断变化，因此更频繁地从这些区域逸出。随着时间的流逝，最终结果是杆聚集在低浓度区域。” 。“他们没有任何情报。他们最终到了行动能力最低的地方。”

莫兰表示，这项研究从技术角度看是有希望的，因为它提出了一种新的策略来使化学品在高酸性区域积聚。

“由于异常的代谢过程，癌细胞导致其周围环境变成酸性。这些细胞是最需要药物的细胞，因为已知酸性环境会促进转移并赋予药物抗性。因此，这些区域的细胞是许多癌症疗法的主要目标。”

Moran和同事现在正在设计微游泳器，该游泳器在酸性区域运动缓慢，而在中性或碱性区域运动迅速。通过他们在这里发现的机制，他们假设酸依赖型游泳者将在速度最小化的地方优先积累和释放货物，即速度最快的肿瘤所在的最酸性和低氧的区域。

Moran说，还有更多的研究需要进行，但是“这些棒可能具有将化学药物传递给最需要它们的癌细胞的能力。”

“明确地说，我们的研究并未证明在人工微游泳器中不可能进行趋化作用；只是这些特殊的微游泳器不具有趋化作用。

“相反，我们已经找到了一种非常优雅的简单方法，可以使无向导的微游泳者积聚药物并运送到最有问题的癌细胞中，这可能对许多癌症以及纤维化等其他疾病的治疗有影响。我们感到非常兴奋。看看情况如何。”

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