由中國(guó)化學(xué)會(huì)主辦的SCI檢索國(guó)際期刊《Acta Physico-Chimica Sinica》(中文名:《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》),在最新一期以封面文章的形式發(fā)表了沈陽自動(dòng)化研究所微納米課題組利用納米操作機(jī)器人在淋巴瘤分子靶向治療方面的最新成果(Drug-Induced Changes of Topography and Elasticity in Living B Lymphoma Cells: an Atomic Force Microscopy Study,2012, 28:1502-1508),這是繼《科學(xué)通報(bào)》(2011,56: 2681-2688),《中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》(2012, 42: 358-368)后,微納米組科研成果再次獲得知名期刊封面刊載,表明沈陽自動(dòng)化研究所在微納研究領(lǐng)域不斷取得新的進(jìn)步,創(chuàng)新能力逐步提升。
《Acta Physico-Chimica Sinica》封面顯示的是利用MEMS工藝加工的微柱陣列對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行夾持固定,并進(jìn)行機(jī)器人化探測(cè)的示意圖。目前針對(duì)活體細(xì)胞的研究多集中在微生物細(xì)胞和貼壁動(dòng)物細(xì)胞上,其主要原因在于此類細(xì)胞由于自身特性就能牢固固定在基底上方便完成探測(cè),而活體動(dòng)物懸浮細(xì)胞則由于難以固定等原因探測(cè)較為困難。本研究發(fā)展了一種基于MEMS微柱陣列和多聚賴氨酸靜電吸附相結(jié)合的懸浮活細(xì)胞無損機(jī)械夾持技術(shù),實(shí)現(xiàn)了單個(gè)淋巴瘤活細(xì)胞的固定以及細(xì)胞表面超微結(jié)構(gòu)的高分辨率成像,并在此基礎(chǔ)上觀測(cè)了不同濃度美羅華刺激下淋巴瘤細(xì)胞形貌精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化情況和細(xì)胞彈性變化情況,揭示出經(jīng)過美羅華刺激后,細(xì)胞變得更粗糙,更柔軟,且形貌和彈性變化的幅度隨著美羅華刺激濃度的增加而增加,加深了對(duì)美羅華作用效果的認(rèn)識(shí)。
納米操作機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域新的分支,傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)以提高效率、減輕人的工作量為目的,多用來幫助人們完成人有能力但不愿意干的工作,比如焊接、搬運(yùn)等枯燥、高重復(fù)性勞動(dòng);而納米操作機(jī)器人技術(shù)則以擴(kuò)展和提升人的能力為目的,主要去執(zhí)行極端尺度下人們無法完成的工作,如原子精度定位、分子力測(cè)量等任務(wù)。利用納米操作機(jī)器人開展淋巴癌靶向治療差異機(jī)理研究是機(jī)器人技術(shù)提升人的能力,在細(xì)胞表面進(jìn)行原位探測(cè)和操作的具體表現(xiàn)。
該課題的研究背景來源于醫(yī)院的現(xiàn)實(shí)需求,即在淋巴癌的靶向治療中存在同一種藥對(duì)某些患者有效,而對(duì)另一些患者卻無效的現(xiàn)象,這使得臨床治療中對(duì)癥下‘對(duì)’藥變成了一件極其困難的事情。因此需要研究產(chǎn)生耐藥性差異的分子機(jī)理,進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)臨床的個(gè)性化用藥。沈陽自動(dòng)化所聯(lián)合北京307醫(yī)院淋巴瘤科開展了此方面的探索研究,其基本出發(fā)點(diǎn)是利用納米操作機(jī)器人以單細(xì)胞為對(duì)象開展研究,該思路相比于傳統(tǒng)方法具有一定的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的生化實(shí)驗(yàn)多在試管中進(jìn)行,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果反應(yīng)了來自許多細(xì)胞的大量分子的平均活動(dòng)行為,即集群平均效應(yīng)。生物體自身之間的差異也由于集群平均而被淹沒于整體之中,這正是導(dǎo)致藥物療效差異的根本原因。納米操作機(jī)器人則是對(duì)單個(gè)細(xì)胞開展探測(cè),這對(duì)傳統(tǒng)的集群平均是一種有益的補(bǔ)充,更容易發(fā)現(xiàn)不同生物體之間的分子個(gè)性和細(xì)胞個(gè)性。
研究團(tuán)隊(duì)自2009年開展此方向以來,一直致力于利用納米操作機(jī)器人在單細(xì)胞單分子水平進(jìn)行原位探測(cè)的方法研究,相關(guān)成果已陸續(xù)得到《Biochemical and Biophysical Research Communications》、《Scanning》、《SCIENCE CHINA Life Sciences》、IEEE-NANO以及IEEE-NANOMED等國(guó)際知名期刊和會(huì)議的錄用和發(fā)表。該研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。