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An Engineered Bacteria-Hybrid Microrobot with the Magnetothermal Bioswitch for Remotely Collective Perception and Imaging-Guided Cancer Treatment

体内 纳米技术 麦克赫里 绿色荧光蛋白 癌细胞 生物物理学 合成生物学 材料科学 光热治疗 生物医学工程 化学 癌症 生物 生物化学 生物信息学 生物技术 工程类 基因 遗传学
作者
Haotian Chen,Yingze Li,Yanjin Wang,Peng Ning,Yajing Shen,Xueyan Wei,Qishuai Feng,Yali Liu,Zhenguang Li,Chang Xu,Siyu Huang,Cuijun Deng,Ping Wang,Yu Cheng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 6118-6133 被引量:126
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c11601
摘要

Microrobots driven by multiple propelling forces hold great potential for noninvasively targeted delivery in the physiologic environment. However, the remotely collective perception and precise propelling in a low Reynold's number bioenvironment remain the major challenges of microrobots to achieve desired therapeutic effects in vivo. Here, we reported a biohybrid microrobot that integrated with magnetic, thermal, and hypoxia sensitivities and an internal fluorescent protein as the dual reporter of thermal and positioning signals for targeted cancer treatment. There were three key elements in the microrobotic system, including the magnetic nanoparticle (MNP)-loaded probiotic Escherichia coli Nissle1917 (EcN@MNP) for spatially magnetic and hypoxia perception, a thermal-logic circuit engineered into the bacteria to control the biosynthesis of mCherry as the temperature and positioning reporter, and NDH-2 enzyme encoded in the EcN for enhanced anticancer therapy. According to the fluorescent-protein-based imaging feedback, the microrobot showed good thermal sensitivity and active targeting ability to the tumor area in a collective manner under the magnetic field. The cancer cell apoptosis was efficiently triggered in vitro and in vivo by the hybrid microrobot coupled with the effects of magnetothermal ablation and NDH-2-induced reactive oxygen species (ROS) damage. Our study demonstrates that the biohybrid EcN microrobot is an ideal platform to integrate the physical, biological, and chemical properties for collective perception and propelling in targeted cancer treatment.
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