科学家们如何利用微型设备改善人类健康？

近年来，随着研究的深入，科学家们开发出了多种微型设备来帮助阐明人类疾病的发病机理、开发新型疾病疗法等，比如微型显微镜、微型胶囊等，本文中，小编就对相关研究成果进行整理，分享给大家！

【1】Nat Commun：微型显微镜帮助揭示大脑疾病的发生机理

doi：10.1038/s41467-018-07926-z

约翰·霍普金斯医学研究小组最近开发了一种相对便宜的便携式迷你显微镜，可以提高科学家对活体小鼠大脑中癌症，中风，阿尔茨海默病和其他疾病的研究效果 。该装置的尺寸小于5立方厘米，停靠在动物的头上，并收集来自小鼠活跃大脑的实时图像，这些大脑在环境中自然移动。

“这项技术使我们能够在疾病模型的整个生命周期内记录大量基础功能的大量数据，”约翰霍普金斯大学放射学和生物医学工程副教授Arvind Pathak博士说，相关结果最近在《Nature Communications》上发表。

研究人员说，用于大脑成像研究的传统显微镜是大型固定显微镜，这种显微镜价格过高，耗资数万美元，并且不利于长时间成像。此外，台式显微镜的庞大特性要求实验室动物完全静止成像。这通常需要动物反复麻醉以获得清晰的图像。麻醉的大脑经历与疾病无关的变化，可能在真实结果和大脑对麻醉药物的反应之间混淆水域。

【2】Sci Rep：微型DNA“阅读器”有望改善新型抗癌药物的开发

doi：10.1038/s41598-019-40504-x

DNA非常小，当研究人员想对单链DNA的结构进行研究时，利用显微镜或许是远远不够的，日前，一项刊登在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中，来自大阪大学的科学家们通过研究解释了抗癌药物如何掺入单链DNA发挥作用的机制。

很多人都会在一生中的某个时候患上癌症，因此人们对新型有效抗癌疗法的需求从未像现在这样迫切，如今研究人员一直在研究开发新型疗法来杀灭癌细胞，或者至少抑制癌细胞增殖，但研究人员并不是非常清楚有些药物的具体作用机制；比如药物曲氟尿苷，其是在DNA复制过程中掺入的一种抗癌药物，与胸腺嘧啶相类似的是，曲氟尿苷并不能结合到胸腺嘧啶的配偶核苷酸上（腺嘌呤），这就会使得DNA分子变得不稳定，从而诱发异常的基因表达直至细胞死亡。

【3】Nat Biotechnol：重磅！科学家开发出新型微型传感器 或有望加速癌症的诊断

doi：10.1038/nbt.4316

近日，一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中，来自美国雪城大学的科学家们通过研究开发了一种新型的纳米材料来改善癌症的检测。文章中，研究人员通过研究开发了一种微型传感器，其能够特异性地分析血清中蛋白质-蛋白质之间的相互作用（PPIs），而PPIs所提供的信息或许对于生物医学研究而言是一大福音，因为目前很多研究人员正在试图使促进癌细胞生长和扩散的蛋白质失去功能。

研究者Liviu Movileanu教授表示，详细解读人类基因组的相关信息或能为研究人员提供新的思路来鉴别更多功能性的蛋白质，而PPIs强度的主要干扰就会导致机体疾病的发生，由于这些相互作用具有暂时性，因此研究人员就需要新方法来对其进行评估。这项研究中，研究人员通过研究设计、开发并且优化了一类特殊的生物物理学工具，即纳米传感器，其是一种高度敏感性、基于孔隙的工具，能够在单分子水平下对机体中的机械过程进行检测，比如PPIs。

【4】Sci Trans Med：微型设备可用于检测紫外光损伤

doi：10.1126/scitranslmed.aau1643

来自美国西北大学麦考密克工程学院的科学家开发除了世界上最小的可穿戴无电池设备，用于测量从紫外线（紫外线）到太阳光谱的可见甚至红外部分的多种波长的光照。它可以同时记录多达三个不同波长的光，相关研究结果发表在Science Translational Medicine杂志上，重点介绍了该设备的基础物理学，以及该平台对广泛临床应用的扩展。这些基本概念用于提醒消费者注意其UV暴露情况，使他们能够采取措施保护他们的皮肤免受阳光伤害。

这种依赖太阳能的设备安装在人身上时，能够帮助记录户外活动中的多种形式的光照。该装置在临床中可以用于监测牛皮癣和特应性皮炎的治疗性UV光以及用于新生儿重症监护室中具有黄疸的新生儿的蓝光光疗法，因此，它可以为这些疾病提供精确的光疗，并且可以单独和准确地监测UV暴露与黑色素瘤的发生风险。

【5】Sci Rep：重磅！新型免疫疗法或能将人类细胞转化成为微型的抗肿瘤药物工厂！

doi：10.1038/s41598-018-35968-2

癌症免疫疗法是一种利用患者自身的免疫系统来攻击肿瘤组织的新型疗法，其在治疗某些癌症上发挥了巨大的潜力，然而这种疗法或许并不一定会在每一名患者机体中发挥作用，而且某些类型的疗法甚至还会给患者带来严重的副作用。近日，一项刊登在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中，来自加利福尼亚大学的科学家们通过研究成功将B细胞转化成了一种特殊的“工厂”，其能帮助组装并且分泌含有microRNAs的囊泡或囊袋结构，一旦癌细胞陷入其中，这些小型片状遗传物质就会抑制促进肿瘤生长的基因进行表达；利用这种方法来治疗患乳腺癌的小鼠或许就能让肿瘤发生明显的萎缩。

研究者Maurizio Zanetti教授说道，我们想将这种新方法用于免疫疗法无法发挥作用的患者或情形之中，这类新型疗法优势在于其具有一定的局限性，也就是说，其所带来的副作用会更少，而且作用时间比较长效；患者并不需要进行频繁注射或输注；这种新型疗法能够帮助抵御多种不同类型的肿瘤组织，包括乳腺癌、卵巢奥、胃癌、胰腺癌和肝细胞癌等。

【6】Nat Commun：一种可生物降解的微型支架有望增强干细胞疗法的作用效果

doi：10.1038/s41467-018-05599-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自美国罗格斯大学等机构的科学家们通过研究开发了一种小型的可生物降解的特殊支架，其或能有效移植干细胞并运输药物，来帮助治疗多种人类疾病，比如阿尔兹海默病、帕金森疾病、大脑退化、脊髓损伤和创伤性脑损伤等。

干细胞移植被认为有望治疗中枢神经系统疾病，然而这一技术常常受到了很多因素的限制，比如较低的细胞存活率、细胞的不完全分化以及神经连接生长受限等。这项研究中，研究人员就设计了一种新型的生物支架，其能模拟天然组织，并在检测管和小鼠机体中得到了良好的研究结果；这种纳米尺寸的支架有望帮助促进高端的干细胞移植以及中枢神经组织的修复等，同时应用干细胞疗法也能促进干细胞转化称为神经元细胞，并恢复患者大脑的神经回路。

【7】Science子刊：利用磁性微型机器人在活动物体内靶向运送细胞

doi：10.1126/scirobotics.aat8829

在一项新的研究中，来自中国香港城市大学的研究人员利用磁铁驱动的微型机器人（microrobot）将细胞运送到活的斑马鱼和小鼠体内的预定位点。他们提出使用这些具有头发宽度的微型机器人作为再生医学和细胞疗法的运送载体，相关研究结果发表在Science Robotics期刊上。

这些研究人员使用计算机模型计算出这些微型机器人的理想尺寸：尖刺的多孔的球形的微型机器人被认为是运送活细胞的最佳选择。他们使用3-D激光打印机打印这些微型机器人，随后给它们包被镍和钛，从而使得它们分别具有磁性和生物相容性。施加到斑马鱼和小鼠上的外部磁场随后就可引导这些微型机器人移动。

【8】Sci Robot：重磅级成果！科学家开发出新型微型机器人 或能刺激机体组织再生

doi：10.1126/scirobotics.aaq0018

近日，来自波士顿儿童医院的研究人员通过研究开发出了一种可植入能够进行编程的医疗机器人，其能够通过应用牵引力来刺激发育不良的组织进行组织生长，从而逐渐延长管状器官，同时并不会影响器官的功能或诱发患者出现一些明显不适，相关研究刊登于国际杂志Science Robotics上。这种机器人系统能够在大型动物机体中诱导细胞增殖并且延长食道部分（可达75%），同时动物依然能够保持觉醒并且进行移动，研究者表示，这种系统或能有效治疗长间隙的食管闭锁症，还能用来延长短肠综合征患者机体的小肠长度，长间隙的食管闭锁症是一种罕见的出生缺陷，患者在出生时部分食管处于缺失状态。

当前治疗长间隙食管闭锁症的最有效的手段就是Foker过程，这种方法能利用利用手术缝线慢慢延长食管，为了预防食管被撕裂，患者必须被麻醉处于昏迷状态，同时还需要在重症监护室呆上1-4周时间，长时间的固定不动状态常常会诱发患者出现其它并发症，比如骨折或血块等。

【9】Nat Commun：微型显微镜揭示星形胶质细胞的隐藏作用

doi：10.1038/ncomms11450

一种约一便士大小的显微镜为科学家们提供了探究脊髓内细胞日常活动的新窗口。这种创新技术显示，神经系统中不传导电信号、传统上被视为仅仅具有支持功能的星形胶质细胞，意料之外地会对强烈的感觉做出反应。

发表在Nature Communications杂志上的一篇研究报告中，索尔克研究所（Salk Institute）科学家们描述了这种新的微型显微镜及相关成像方法，为神经系统功能提供了前所未有的见解，可能为脊髓损伤、慢性瘙痒和神经退行性疾病（如肌萎缩侧索硬化，ALS）带来新型疼痛疗法。脊髓是感知和响应外界的关键，有时甚至独立于大脑发挥作用，比如我们在充分感觉到灼热之前就会将手从火炉上缩回。但未知的是，脊髓内细胞如何编码这些以及其他来自皮肤或内部器官的感觉。

【10】Nat Commun：微型植入物成功捕获癌细胞

doi：10.1038/ncomms9094

近日，来自美国的科学家在Nature Communications刊登文章表示，他们开发了一种微笑的植入物，其在小鼠机体中可以扩散到全身来帮助捕捉癌细胞。细胞会随着原始的肿瘤位点而移动进而侵袭其它器官，癌细胞的这一过程被称之为癌症转移，癌症转移往往是在患者晚期阶段被发现，从而导致患者死亡。

而在血液中对循环肿瘤细胞(CTCs)的早期检测或可帮助加速癌症的诊断及疗法的开发；但游动的癌细胞会以很小的数量在机体中“旅游”，而且持续时间较长在其找到新的侵袭位点之前其非常难以发现。这项研究中研究者表示，捕捉CTCs或可帮助抑制癌症转移并且可以有效帮助抑制癌症发展。

美国西北大学的研究者Lonnie Shea教授表示，相比未进行植入物移植的动物而言，接受新型植入物的动物机体肺部的疾病负担明显降低了；实验中研究者开发了一种大约0.5厘米宽的生物可降解的圆盘，并且对每两个小鼠进行植入。这种植入物会利用免疫细胞作为诱饵，同期其还包含有一种扫描仪可以检测到捕获的癌细胞的存在。（生物谷Bioon.com）

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