在生物醫學領域，靶向藥物遞送一直是科研人員努力攻克的關鍵難題。傳統方法在實現深部組織滲透和有效藥物遞送方面面臨諸多挑戰。不過，近期一項研究帶來了新突破，一種基于水母刺絲囊的新型生物混合微機器人系統，為藥物遞送開辟了新路徑。

水母刺絲囊是水母的螫刺囊，作為固有的爆發性天然注射系統，具備成為高效藥物遞送載體的巨大潛力。研究人員巧妙地以水母刺絲囊作為裝載藥物的“天然膠囊”，再為其配備由Janus顆粒制成的“微型引擎”。通過介電泳技術，兩者精準組合，構建出生物混合微機器人（MRs）。這種微機器人采用磁電復合場驅動運輸，在藥物遞送領域展現出獨特優勢。

在組裝環節，研究人員采用創新策略。微馬達由Janus顆粒構成，借助磁力滾動場和外加交流電場，實現可控的自推進與導航。在外加交流電場下，微馬達與水母刺絲囊通過介電泳捕獲力完成組裝。以一個27μm的Janus顆粒與十個水母刺絲囊結合為例，它們在微腔內磷酸鹽緩沖鹽水溶液中形成生物混合MR。隨后，MR在磁場驅動下滾動前進，同時通過交流電場（5 MHz, 15 Vpp）控制方向，順利抵達目標區域。

當MR到達目標區域后，激活過程隨之開啟。激活依賴一種酶（1%枯草桿菌蛋白酶），該酶能破壞囊體蓋的穩定性，形成滲透壓差，進而引發微管快速彈射。除這種酶外，乙二醇四乙酸（EGTA）、亞甲藍和各種鹽等也可作為替代激活劑。在激活階段，擴散的酶觸發大多數刺絲囊內微管由內向外翻轉，微管迅速伸長，平均長度可達298±20μm，彈射速度在0.01至10 m/s之間。微管釋放程度取決于酶與刺絲囊的接觸程度。在開放腔室中，激活超過70%的刺絲囊平均耗時約5分鐘；而在微流控腔室中，由于酶擴散至MRs處需要時間，激活存在明顯延遲。

考慮到單個微管彈射方向難以控制，研究人員建議采用搭載大量水母刺絲囊的MRs群體，以實現藥物高效遞送。實驗中，預裝載在刺絲囊內的甲苯胺藍和吖啶橙等藥物成功彈射。延時顯微圖像顯示，預載甲苯胺藍O染料從生物混合微機器人中噴射，藍色箭頭指示分子通過管狀結構從膠囊體釋放，紅色箭頭指向空膠囊體；熒光顯微鏡圖像則呈現熒光標記的吖啶橙從微管尖部噴出的情景。彈射后刺絲囊變為空囊，一旦微管在激活后完全伸長（約酶暴露11分鐘后），所有分子（吸附的除外）都從刺絲囊中彈射出來。不過，部分刺絲囊在彈射事件后與Janus顆粒表面分離，這可能是彈射相關反沖力所致。

為評估生物混合MRs用于深部組織滲透的潛力，研究人員開展了體外實驗。在含有細胞培養基的微流控腔室內，使用源自293T癌細胞系的癌球體進行測試。MR群體從右側腔室孔被運輸到左側腔室孔附近直徑約81μm的癌球體上。在酶激活下，彈射出的微管深入滲透，將預載分子內容物注入目標癌球體。裝載甲苯胺藍時，圖像亮度較低區域對應彈出的甲苯胺藍，表明其成功注入距離癌球體邊緣約300μm的深度；裝載吖啶橙時，沿彈射出的微管在癌球體內可觀察到清晰熒光軌跡。為最小化酶毒性，其濃度最高設為0.2% w/v。但因微管彈射方向隨機，附近激活但未穿透癌球體的刺絲囊擴散出的天然水母毒素（如磷脂酶A2毒素），導致癌球體外表面細胞出現腫脹和形態變化。多次試驗表明，穿透癌球體的微管數量占彈射總數的百分比約為23%，因此增加運輸到目標癌球體的生物混合MRs數量，可提高有效穿透機會。

除了癌球體實驗，研究人員還利用秀麗隱桿線蟲探索生物混合MRs的穿透能力。秀麗隱桿線蟲神經系統簡單且特征明確，是研究神經毒素效應的優秀動物模型。實驗使用自由游動、年齡同步化的線蟲，將其引入充滿線蟲生長培養基的微流控腔室左側，生物混合MRs通過右側孔注入，在電場（15 Vpp, 2 MHz）下通過磁力滾動向游動線蟲推進。到達目標后引入酶（0.3% w/v枯草桿菌蛋白酶）激活刺絲囊。組裝的MRs由帶有約10個裝載藍色染料刺絲囊的Janus顆粒團簇構成，被運輸至遠離入口處追逐并試圖穿透游動線蟲，但未成功且未引起顯著反應。為提高穿透率，添加20 μM左旋咪唑使線蟲麻痹降低活動性。

實驗中觀察到有趣現象。標注為“1”的線蟲在刺絲囊激活前運動幾乎停止，小號刺絲囊微管激活穿透后，它在2分鐘內從U形轉變為蛇形卷曲，類似逃避反應，可能是為保護身體免受潛在威脅刺激。當大號刺絲囊微管穿透麻痹線蟲時，線蟲表現出突然劇烈運動，持續約4.5分鐘；在線蟲未麻痹時，小號刺絲囊微管穿透會導致其運動停止。線蟲的突然反應并非由酶細胞毒性、外部電場或磁力滾動等其他潛在刺激觸發，推測微管穿透引發線蟲劇烈肌肉抽搐（即Ω轉彎），原因可能是線蟲暴露于天然水母毒素中，而非僅微管機械穿透所致，不過深入理解穿透后的生物反應仍需進一步研究。

這一基于刺絲囊的生物混合MR系統，在體外實驗中成功實現藥物向目標組織的深部遞送。雖然目前該方法尚處于早期階段，不適合體內應用，但其在評估體外模型（如包含類器官、細胞器或離體組織的器官芯片系統）中深部組織藥物遞送效應方面前景廣闊，為未來體內深部組織藥物遞送應用研究提供了新思路。