超软水凝胶免疫微型机器人，可多种方式移动

细胞免疫疗法的快速发展对高效免疫细胞递送提出了迫切需求。传统免疫细胞治疗中，治疗细胞向肿瘤部位的迁移能力有限，严重影响疗效，因此亟需一种高效、安全的细胞载体来实现治疗细胞的局部富集和精准递送。为应对这一挑战，研究团队研发了一种水凝胶免疫微型机器人（HIM），旨在提升体内免疫细胞的物理靶向性和募集能力，为肿瘤免疫细胞相互作用及细胞治疗靶向递送研究提供新平台。

这种超软机器人以水凝胶为主要材料，通过模块化电沉积技术将免疫细胞和磁性纳米颗粒（FePt）分别嵌入不同模块。其设计灵感来源于海星，中央区域用于负载免疫细胞（如NK92-MI细胞），腿部则封装磁性纳米颗粒，实现了运动模块与细胞负载模块的分离，有助于保护所载细胞的活性。磁性纳米颗粒沿机器人长轴磁化，使机器人能在磁场控制下展现出多种运动模式，包括翻滚、爬行、波动和行走，可灵活适应复杂的生物环境和不同形态的肿瘤。

在运动性能方面，该机器人能响应磁场、离子或pH值变化，实现推进、抓取和局部递送。通过控制时变磁场，可精确操控其运动方向。例如，模仿海豹的波动运动，在yz平面施加波动磁场，使腿部挤压地面产生推进力；借鉴人类后空翻的灵活性，通过在xz或yz平面产生旋转磁场，结合腿部弹性实现翻滚，轻松越过障碍。实验表明，其翻滚速度可达5.65 mm/s，行走、波动和爬行速度分别为7.62、1.73和7.11 mm/s，最佳工作频率为3-7 Hz。

该机器人展现出优异的环境适应性。它能以行走模式穿越30°斜坡，以翻滚模式攀爬3毫米高的台阶，以波动和爬行模式分别通过0.8毫米和2毫米宽的通道，还能灵巧地穿过2毫米宽的狭缝和内径从8毫米缩小到2毫米的隧道。其杨氏模量约为808.5 Pa，可通过直径仅1毫米的针头注射，且具有良好的抗损伤能力，即使部分腿部受损仍能保持运动能力。

在生物相容性和细胞负载能力测试中，将绿色荧光蛋白标记的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）整合到机器人的细胞负载模块，4天内细胞迁移至机器人内置的球形结构上，移除机器人后，剩余细胞3天内即可增殖并完全覆盖球形结构，表明其作为生物制剂递送载体的有效性和安全性。在模拟胃肠道环境（持续生理流3 ml/min及周期性机械扰动）下，机器人能在猪肠黏膜上稳定黏附72小时。

体外抗肿瘤实验中，负载NK92-MI细胞的机器人到达肿瘤部位后，通过行走模式精确定位，使细胞负载侧朝向目标肿瘤；随后响应pH变化抓取三维肿瘤模型，完成免疫杀伤后，在钠离子（柠檬酸钠溶液）作用下溶解。共聚焦显微镜观察显示，经NK细胞负载机器人处理4天后，HUVECs存活率接近0%，而空机器人组细胞则大量增殖，证实机器人无细胞毒性且不影响免疫细胞的杀伤效能。

在离体和在体运动测试中，机器人在大鼠肠道（超声成像）和家兔食道（数字减影血管造影，DSA）中均能在磁场控制下有效运动，验证了其在复杂生物环境中的导航能力。

在体免疫响应测试中，研究团队将负载NK92-MI细胞的机器人移植到HepG2-luc荷瘤裸鼠体内。15天内，与对照组（仅手术）和载体组（空机器人）相比，实验组（负载NK细胞的机器人）肿瘤生长显著减缓。生物发光成像证实肿瘤部位自然杀伤细胞活性增强，乳酸脱氢酶（LDH）检测显示载体组与对照组无显著差异，表明机器人无长期组织损伤，具有良好的生物相容性。15天后，肿瘤部位未发现机器人残留，证实其可生物降解。

总之，这种具有响应性的超软机器人系统，凭借多模式运动、优异的生物相容性和生物降解性，在推进免疫细胞递送、探索肿瘤-免疫动态及癌症治疗方面展现出巨大潜力。未来需进一步优化材料以增强临床成像可见性，并开发闭环控制系统以提高在非结构化环境中的定位精度，推动其向临床转化。