一种磁细菌机器人的制备方法及应用

本发明属生物医学，具体涉及一种磁细菌机器人的制备方法及应用。背景技术：1、肺炎是一种持续、普遍和棘手的肺部疾病，与全世界所有年龄组的高发病率和短期及长期死亡率有关。肺炎疾病负担一直位居全球第一或第二位。抗生素是治疗肺炎的主要药物，自50多年前引入抗生素以来，肺炎仍然是全球死亡的主要原因，死亡率没有实质性改善。抗生素耐药性增加、新出现的病原体、人口老龄化以及医疗保健变化导致更多受试者生活在增加肺炎风险的条件下等趋势表明，肺炎问题将恶化而不是改善。然而，即使是准确的诊断在成人尤其是儿科人群中也是一个挑战。目前的临床实践不足以减少这种综合征的急性死亡率和长期后果。肺炎预防和治疗战略需要辅之以融合新知识和新兴知识的新方法。2、引起肺炎的微生物数量众多且种类繁多，导致对肺炎病原学的理解变得复杂。许多类型的病毒和细菌(包膜病毒、非包膜病毒、dna病毒、rna病毒、革兰氏阳性和阴性细菌、胞外细菌、无细胞壁细菌、胞内细菌等)已经被描述，他们中的大多数都没有任何共同特征。由诸如病毒、真菌和细菌的外来病原体引起的肺炎影响下呼吸道的肺实质。这些外来病原体与肺部相互作用后产生炎症反应，并导致细支气管和肺泡充满液体并变成固体，导致组织塌陷和呼吸困难。其中，脂多糖(lps)是革兰氏阴性细菌的主要成分，在动物模型中也常用于诱导急性肺炎(ali)和急性呼吸窘迫综合征(ards)。病毒性肺炎对肺部造成严重损伤，并在肺泡区产生炎症。当打喷嚏或咳嗽时，病毒以气溶胶的形式释放出来，很容易通过鼻子或嘴巴被其他人吸入。sars-cov(严重急性呼吸综合征冠状病毒)、mers-cov(中东呼吸综合征冠状病毒)和sars-cov-2等流感病毒已经引起了严重的肺部炎症和肺部损伤，导致了许多死亡病例，影响到全球数十亿人。病毒感染的广泛传播及其通过基因突变进化的能力对人类造成了全球性威胁。尽管药物疗法在对抗病原体方面表现出了巨大的有效性，但治疗复杂病例，如病毒感染和肺部炎症或急性肺损伤的先进方法仍在开发中。3、为了减轻肺炎，开发了几种有效的药物疗法，包括许多种类的抗生素和疫苗，但由于给药困难而受到限制。针对肺炎球菌感染而制备的疫苗可能对幼儿无效，因此不应用于2岁以下的幼儿。不同的细菌菌株因其多重耐药性特性也带来了挑战。并且，仅通过抑制病原体来减少肺部炎症有许多缺点，如病原体引起的肺组织炎症会引发免疫反应，从而导致细胞因子风暴并导致严重的肺损伤。4、由微生物病原体引起的肺部感染导致肺部炎症，其特征在于几种类型的细胞和生物分子的募集或触发。当微生物病原体进入肺泡区时，它们通过克服肺泡巨噬细胞(ams)引起肺炎。通常，ams吞噬并杀死进入肺泡空间的微生物病原体。如果ams不能控制微生物的生长，肺部将产生局部炎症反应。这种炎症反应的特征是白细胞、单核细胞和淋巴细胞从毛细血管向肺泡腔迁移。吞噬细胞向肺泡腔的募集主要由ams分泌的肿瘤坏死因子(tnf)和白细胞介素-1(il-1)介导。还产生其他细胞因子，包括il-6、il-10、il-12、粒细胞集落刺激因子(g-csf)和单核细胞趋化蛋白-l。这些细胞因子一旦进入体循环就会诱发全身炎症反应。5、肺泡巨噬细胞(ams)位于下呼吸道表面，具有各种各样的功能，在免疫抵抗和组织弹性中具有重要作用。ams是抗病原体防御的第一道防线-它们遇到入侵的病原体以进行吞噬活动，输送过多的促炎和抗炎细胞因子，并塑造组织微环境。在整个肺炎过程中，肺泡巨噬细胞和浸润的血液单核细胞产生越来越多的细胞因子，这激活了抗病毒/抗菌免疫，但也可能引发所谓的“细胞因子风暴”和正常组织损伤的风险。如在新型冠状病毒感染过程中，活化的巨噬细胞释放大量的促炎细胞因子，甚至可能引起致死性细胞因子释放综合征。6、ams被认为是控制急性呼吸窘迫综合征或急性肺炎起始和缓解阶段的主要免疫细胞。在健康情况下，肺泡巨噬细胞约占肺泡免疫细胞的95％，能够抵抗大多数吸入性刺激物。在刺激下，静止巨噬细胞(m0)被极化成不同的功能表型，这些表型可主要分为促炎型(经典活化m1型)和抗炎型(选择性活化m2型)。m1型巨噬细胞与炎症的促进和维持有关，m2型巨噬细胞表现出有利于组织修复的抗炎细胞因子。在刺激条件下，ams在生理上表现为m2表型。然而，在急性肺损伤早期，如lps诱导ali过程中，感染诱导的toll样受体(tlrs)或其他模式识别受体的激活会立即将常驻ams转变为主要的m1表型。巨噬细胞分泌大量促炎细胞因子以增强炎症反应并使嗜中性粒细胞进入肺泡空间。因此它们在导致急性呼吸窘迫综合征或急性肺炎开始的肺部炎症阶段起驱动作用。并且，在sars-cov-2感染肺组织的过程中，当组织受到损伤或感染到一定水平，可以导致肺泡巨噬细胞向m1表型极化。其中，m1型肺泡巨噬细胞比m2型肺泡巨噬细胞有更酸的核内体和更碱的溶酶体。这些差异导致sars-cov-2不在负责早期病毒控制的m2型肺泡巨噬细胞中复制，而主要在m1型肺泡巨噬细胞中复制，从而促进病毒传播。7、姜黄素是一种具有抗氧化、抗炎和免疫调节等特性的天然植物化合物，能够防止组织损伤的进展和炎症性疾病的发展，已被证明通过抑制巨噬细胞浸润来抑制炎症，还可以调节巨噬细胞极化。研究报道，姜黄素不仅能直接诱导巨噬细胞极化为m2表型，还能促进巨噬细胞由m1表型向m2表型极化。因此，姜黄素是一种具有临床潜力的抗炎和免疫调节剂，还促进清除sars-cov-2，进而治疗肺炎。然而，姜黄素纳米载体不能直接清除肺部已产生的炎症因子，因此，急需赋予姜黄素纳米载体直接清除炎症因子的能力以防止细胞因子风暴的发生。8、最近，利用细胞膜包裹的纳米颗粒作为仿生纳米平台引起了极大的关注，并展示了多种生物应用。红细胞膜、中性粒细胞膜、血小板膜和巨噬细胞膜等，由于其卓越的生物相容性和原始细胞赋予的独特特性，已被用作纳米载体来完成生物功能。作为一种新型的多功能给药体系，细胞膜仿生纳米药物载体同时具备了合成体系和生物体系两者之间的优势且弥补了两者各自的缺陷。其中，巨噬细胞膜表面表达il-1、il-6等各种细胞因子的受体，可以帮助捕获促炎细胞因子，恢复炎症微环境稳态；对细胞表面的进行基因工程改造ace2，并有效地产生高表达ace2的细胞膜，可以与宿主细胞竞争sars-cov-2的结合，从而阻断涉及ace2的病毒进入方法和抑制异常炎症反应的治疗。l.rao等人通过三步工艺开发了一种工程细胞膜纳米诱饵。血管紧张素转换酶ii(ace2)在人胚胎肾293t上进行基因工程，然后从工程293t或ace2细胞和人髓系单核thp-1细胞中收集细胞膜纳米囊泡。最后，将两个纳米囊泡融合。该杂合膜颗粒具有中和病毒和炎症细胞因子的能力，但未被修饰，且缺乏自我推进和可控导航的能力。因此，尽管细胞膜仿生纳米颗粒在清除病灶微环境的病理损伤分子，恢复炎症微环境稳态中发挥重要作用。但是，这些细胞膜仿生纳米颗粒和其他纳米载体一样大多缺乏自我推进和可控导航的能力。9、微纳机器人是指尺寸在微纳米级别的可对微纳空间进行操作的功能器件，也指能够处理微纳米尺寸部件的机器人。在过去的十年中，微纳机器人在生物医学应用方面的潜力得到了广泛地探索。研究表明，肺部药物递送时，更长的肺部滞留可以大大改善治疗效果。其中，粘膜纤毛清除是肺部药物递送的关键障碍，并且促进吸入药物的粘液渗透是逃避粘膜纤毛清除和延长肺滞留的有效策略。据报道，由于自主运动，微纳机器人可以有效地增强粘液渗透并延长在目标位置的停留时间。因此，微纳机器人是延长药物肺滞留的一个重要因素，在肺炎治疗中具有广阔的临床应用前景。其中，生物微纳机器人因具有良好的自我驱动能力而受到了大家的广泛关注。将纳米药物与生物微纳机器人结合，提高纳米药物的传递效率和疾病治疗效果，是一种有前途的策略。10、研究表明，趋磁细菌体内会形成磁小体，导致其具有磁场响应。与化学合成的磁性微纳米结构(如铁、四氧化三铁和镍等)相比，趋磁细菌具有更稳定的磁效应、更均匀的尺寸分布和更高的生物相容性等优势。通过改变磁场方向和强度，可以控制趋磁细菌的运动行为、运动方向和速度，可应用于药物递送，但其极少应用于肺部药物递送。技术实现思路1、本发明第一方面的目的，在于提供一种磁细菌机器人。2、本发明第二方面的目的，在于提供本发明第一方面的磁细菌机器人的制备方法。3、本发明第三方面的目的，在于提供本发明第一方面的磁细菌机器人的应用。4、本发明第四方面的目的，在于提供一种产品。5、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：6、本发明的第一个方面，提供一种磁细菌机器人，所述磁细菌机器人由包括磁细菌和负载在磁细菌表面的杂合细胞膜纳米颗粒为原料制得；7、所述杂合细胞膜纳米颗粒包括杂合细胞膜和负载药物的白蛋白纳米颗粒。8、在本发明一些实施方式中，所述杂合细胞膜纳米颗粒为核壳结构，所述负载药物的白蛋白纳米颗粒为核，所述杂合细胞膜为壳。9、在本发明一些实施方式中，所述杂合细胞膜为n3标记的杂合细胞膜。10、在本发明一些实施方式中，所述杂合细胞膜由293t细胞和thp1细胞融合而成。11、在本发明一些实施方式中，所述293t细胞为高表达ace2受体的293t细胞。12、在本发明一些实施方式中，所述n3标记的杂合细胞膜由包括以下步骤制备得到：将n3基团修饰的糖类衍生物ac4galnaz分别与293t细胞和thp1细胞混合培养，裂解细胞，破膜，得到n3标记的293t细胞膜和n3标记的thp1细胞膜；将n3标记的293t细胞膜和n3标记的thp1细胞膜混合，超声，物理挤压，即得到n3标记的杂合细胞膜。13、在本发明一些优选实施方式中，n3基团修饰的糖类衍生物ac4galnaz在混合培养体系中的浓度25μm,50μm,100μm；优选为50μm。14、在本发明一些实施方式中，所述培养的时间为24～72h；优选为48h。15、在本发明一些实施方式中，采用低渗的方法裂解细胞。16、在本发明一些实施方式中，采用机械进行破膜处理。17、在本发明一些实施方式中，所述n3标记的293t细胞膜和n3标记的thp1细胞膜按照蛋白量为1:1～2的比例混合；优选为1:1。18、在本发明一些实施方式中，所述磁细菌为dbco标记的磁细菌。19、在本发明一些实施方式中，所述磁细菌包括磁螺菌属。20、在本发明一些优选实施方式中，所述磁细菌为amb-1。21、在本发明一些实施方式中，所述药物包括治疗肺炎或清除新冠病毒的药物。22、在本发明一些实施方式中，所述药物选自姜黄素、地塞米松、瑞德西韦和莫诺拉韦中至少一种。23、在本发明一些优选实施方式中，所述药物为姜黄素。24、在本发明一些实施方式中，所述杂合细胞膜纳米颗粒由包括以下步骤制备得到：将杂合细胞膜和负载药物的白蛋白纳米颗粒混合，物理挤压，即得到杂合细胞膜纳米颗粒。25、在本发明一些实施方式中，所述负载药物的白蛋白纳米颗粒由包括以下制备方法制备得到：药物在超声条件下滴加至白蛋白溶液中，即得到负载药物的白蛋白纳米颗粒。26、在本发明一些实施方式中，所述药物和白蛋白的质量比为1:10～40；优选为1:20。27、在本发明一些实施方式中，所述dbco标记的磁细菌由包括以下制备方法制备得到：磁细菌和dbco-peg4-nhs酯混合孵育，即得到dbco标记的磁细菌。28、在本发明一些优选实施方式中，所述孵育的条件为室温孵育0.5～1.5h。29、本发明提供了一种针对新型冠状病毒和炎症因子的磁细菌机器人。该磁细菌机器人由ace2-293t细胞，thp1细胞，姜黄素以及磁细菌制备而成。其中ace2-293t细胞是高表达ace2受体的293t细胞，其细胞膜可以高效中和新冠病毒；thp1细胞膜可以高效中和炎症因子；姜黄素作为肺炎治疗药物，也有助于促进新冠病毒的降解；趋磁细菌则作为磁趋的运动载体，通过外加磁场进行驱动，使机器人能够在体内进行有效地运动。通过将负载姜黄素的n3标记的杂合膜纳米颗粒与dbco标记的磁细菌连接起来构建磁细菌机器人。该磁细菌机器人可在肺部有效沉积，并且由于杂合膜的包裹，其免疫清除作用大大减少。在外加磁场的作用下，磁细菌机器人可以运动并高效清除新冠病毒和炎症因子。这一过程不仅实现了药物深层组织渗透，更延长了药物滞留的时间，从而极大地提高了治疗效果。在发明中，不仅突出了利用n3基团修饰的糖类衍生物的细胞代谢工程策略构建n3标记的ace2-293t细胞膜和thp1细胞膜，以及dbco标记磁细菌，通过生物正交化学策略构建杂合膜颗粒修饰的磁细菌机器人的保护，和其机器人在肺炎的应用，更是突出了以人血清白蛋白为载体，灵活包载不同的治疗药物，以构建不同治疗功能的磁趋生物马达，但同时具有调控免疫微环境功能，应用于不同疾病的诊断和治疗。30、本发明的第二个方面，提供本发明第一方面的磁细菌机器人的制备方法，包括以下步骤：将磁细菌和杂合细胞膜纳米颗粒混合孵育，即得到磁细菌机器人。31、在本发明一些实施方式中，所述孵育的条件为室温孵育0.5～1.5h；优选为1～1.5h；更优选为1h。32、本发明的第三个方面，提供磁细菌机器人在(1)～(8)中至少一种中的应用：33、(1)制备治疗和/或预防肺炎药物；34、(2)筛选治疗和/或预防肺炎药物；35、(3)促进对新冠病毒的降解；36、(4)制备促进对新冠病毒降解的产品；37、(5)延长药物在靶组织的滞留时间；38、(6)中和炎症因子；39、(7)制备中和炎症因子的产品；40、(8)制备抗新冠病毒感染的产品。41、在本发明一些实施方式中，所述肺炎包括由新冠病毒引起的肺炎。42、在本发明一些实施方式中，(6)～(7)中所述炎症因子包括il-6和gm-csf。43、本发明的第四个方面，提供一种产品，包括本发明第一方面的磁细菌机器人。44、在本发明一些实施方式中，所述产品包括但不限于药物、试剂和试剂盒。45、在本发明一些实施方式中，所述产品具有如下至少一种功能：46、(1)治疗和/或预防肺炎；47、(2)促进对新冠病毒的降解；48、(3)延长药物在靶组织的滞留时间；49、(4)中和炎症因子(如il-6和gm-csf)；50、(5)抗新冠病毒感染。51、本发明的有益效果是：52、本发明提供的磁细菌机器人的载体选用生物来源的磁细菌，具有无毒、生物相容性好、生物可降解等优点。肺部给磁细菌机器人后，在外部磁场的作用下高效驱动运动，快速中和新冠病毒和促炎细胞因子，促进药物的粘液渗透，增加药物肺滞留，增强肺炎治疗效果。同时，由细胞膜修饰构成的磁细菌机器人避免肺巨噬细胞免疫清除，实现高效的肺炎治疗。53、传统的细胞膜纳米颗粒缺乏自我推进和可控导航的能力，肺部给药时被动中和新冠病毒和促炎细胞因子，导致治疗效果差。本发明选用巨噬细胞膜和ace2-293t细胞膜纳米颗粒修饰磁细菌作为磁细菌机器人，外部磁场下，磁细菌机器人在模拟肺液中的实验验证了磁细菌机器人在外部磁场的作用下高效驱动运动，可快速中和新冠病毒和促炎细胞因子，增强肺炎治疗效果。并且，磁细菌机器人负载姜黄素纳米颗粒，姜黄素诱导巨噬细胞极化为m2型肺泡巨噬细胞，进一步治疗肺炎的同时促进清除新冠病毒。实验设计中具有前沿研究的创新性。54、微纳机器人由于具有出色的自主运动能力，可以极大增强组织和粘液渗透能力，延长组织滞留，进而提高疗效。但传统的微纳机器人多以无机材料为载体，存在生物相容性差、在体内难以降解等生物安全性问题，并且极易被肺泡巨噬细胞摄取清除。本发明选用磁细菌作为载体，并且用巨噬细胞膜和ace2-293t细胞膜纳米颗粒修饰，具有无毒、生物相容性好、生物可降解等优点，还可以逃避免疫监视，避免肺巨噬细胞摄取清除，有望进一步延长磁细菌机器人在肺部的滞留，大大改善治疗效果，实验设计中具有理论创新性。55、在溶液和细胞实验验证磁细菌机器人中和病毒和炎症细胞因子，评价其中和能力不受磁细菌的影响；在动物水平上证明磁细菌机器人在肺部高效和长时间滞留及其中和病毒避免小鼠感染和治疗急性肺炎小鼠的能力，实验设计中具有系统性的创新特色。