奇妙!以精子为载体,运输药物治疗妇科疾病
2017/04/17
利用精子递送抗癌药物?这一奇思妙想为女性生殖系统疾病而设,包括妇科癌症、子宫内膜异位症、盆腔炎等等,科学家们在实验室证实该系统可以很好地实现药物靶向肿瘤组织的过程。但是,用谁的精子?是否会引发怀孕?还有很多问题需要回答。


抗癌药物如何精确达到肿瘤组织,以便提高药效、降低副作用?这一直是科学家们试图解决、优化的难题之一。药物递送存在很多问题,例如药物会被体液稀释或者被其他器官吸收、药物难以渗透进入癌组织等等。所以,我们需要找到更好的方式。

近日,来自于德国综合纳米科学研究院的Mariana Medina-Sánchez教授团队提出了一个“妙招”:利用精子携带药物送至肿瘤组织!

他们以精子的载体,创造了一个独特的药物输送系统,专为女性生殖系统疾病而设,包括妇科癌症、子宫内膜异位症、盆腔炎等等。

“特殊”的药物输送系统

精子运输药物系统本质上很简单。

Medina-Sánchez团队将精子细胞浸泡于药物溶液中,使其吸收大剂量的化合物。随后,他们驱动精子游进一种束缚精子头部的机械微型装置。这一装置外表涂有铁物质,以便精子可以被外表磁场引导,从而确保医生可以直接控制精子进入肿瘤组织。

这一微型装置具备一个快速释放机制。当它撞击到肿瘤组织表面,碰撞力会驱使它释放出精子。随后,精子可以自由游动,与肿瘤细胞融合。


Medina-Sánchez团队采集牛的精子(体积与人类精子类似),使其装载上一款标准化疗药物阿霉素,随后进入微型装置中。他们利用实验室陪养的癌症组织测试这一体系。

结果显示,微型装置会显著降低精子游动的速度(43%)。但是,精子依然可以到达癌细胞。结果显示,携带抗癌药物的精子细胞可以穿透癌细胞进入其内,有效地释放药物消灭它们。

这一试验很出彩。相比于其他药物输送系统(例如细菌),精子细胞不会启动免疫反应,而且精子细胞不会增值,引发其他负面问题。同时,精子可以保护药物免于降解酶的作用。

精子递送药物的挑战

当然,这一输送系统也存在问题:1)释放精子后,微型装置不再具备其他功能,所以它在机体内的去向很重要;2)药物的剂量难以控制,这与完成“旅程”的精子数量以及它们的装载量、药物活性等有关。这些影响因素需要仔细评估。

研究团队同样也以人类精子进行了相关测试。但是,这背后存在一个伦理学问题:谁的精子可以用于治疗?这是否会存在怀孕的可能?

如果这些问题可以得到圆满的回答,那么,该技术将会有很大的作为。在美国,每年约有10万名女性被确诊患有妇科癌症。她们需要更好的治疗方法。研究人员表示:“未来,精子递送药物有望应用于原位癌的诊断和治疗中。”

参考资料:

Sperm Loaded with Drugs Could Target Gynecological Cancers

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  • Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract

    A sperm-driven micromotor is presented as cargo-delivery system for the treatment of gynecological cancers. This particular hybrid micromotor is appealing to treat diseases in the female reproductive tract, the physiological environment that sperm cells are naturally adapted to swim in. Here, the single sperm cell serves as an active drug carrier and as driving force, taking advantage of its swimming capability, while a laser-printed microstructure coated with a nanometric layer of iron is used to guide and release the sperm in the desired area by an external magnet and structurally imposed mechanical actuation, respectively. The printed tubular microstructure features four arms which release the drug-loaded sperm cell in situ when they bend upon pushing against a tumor spheroid, resulting in the drug delivery, which occurs when the sperm squeezes through the cancer cells and fuses with cell membrane. Sperms also offer higher drug encapsulation capability and carrying stability compared to other nano and microcarriers, minimizing toxic effects and unwanted drug accumulation. Moreover, sperms neither express pathogenic proteins nor proliferate to form undesirable colonies, unlike other cells or microorganisms do, making this bio-hybrid system a unique and biocompatible cargo delivery platform for various biomedical applications, especially in gynecological healthcare.

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