精子新用途，输送抗癌药物治疗妇科癌症
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这是一个伟大的时代，因为人们的脑洞可以无限大，科技还可以支持你实现脑洞大开的想象！当然，说起脑洞，除了玄幻小说家之外，笔者还想到了科学家！这不，最近就见证了一帮脑洞大开的科学家！真的有点大出天际！
脑洞有多大呢？请看下图：
精子杂化药物递送系统杀伤癌细胞。图片来源：arXiv
看出什么端倪了么？
没错！在这篇发表在美国国家科学基金会和美国能源部资助的电子预印本文献库arXiv上的研究中，一帮来自德国德累斯顿莱布尼茨固体材料研究所（IFWDresden）和开姆尼茨工业大学的科学家正在尝试用精子输送抗癌药物杀伤癌细胞，试图用于治疗妇科癌症！妇科癌症！妇科癌症！妇科癌症！（重要的事情说4遍）。别再说上亿个里面也就一个有用了，第一次感觉上岗竞争过于惨烈的精子也有了惊天地泣鬼神的用武之地！当然你可能会问，谁敢用这样的药？这个笔者也不敢说。不过这都是后话，先带大家见证一下精子是如何化身抗癌神器的。
首先为什么要选用精子输送药物治疗妇科癌症呢？很明显，精子有以下优点：可以在女性生殖道中获能激活而高速运动、数量多来源广、可以在酶的作用下穿透细胞膜、细胞内酶较少可以保护药物不被降解、生物安全性高（真的安全么……）、防止药物被血液稀释等。可以说这些优点完胜传统的微纳米药物载体，尤其是其在女性生殖道中可以高速运动的性能，使之成为了治疗妇科癌症的不二之选（感叹一下生命的神奇，感叹一下作者的胆量！）。
其次，如何用精子输送药物呢？请看下图，作者先给精子设计了一个导航装置。他们采用双光子3D微纳米光刻技术制作了一个基于高分子材料的四臂微米卡槽，由一个中空的管状结构和4个拱形臂组成，中间有一处狭窄，最大直径为4.3μm，而实验选用的牛精子头部直径为4.5μm，刚好可以将精子卡在其中。当四臂末端受力时，管状结构会往后推，导致四臂展开，中间的狭窄变宽，而精子具有向前的动力，就可以从微结构中释放。模拟数据表明当受力为pN时，形变会使狭窄距离增大nm，而高度活化的精子可以产生pN的力，因此足以保证精子在微结构碰到细胞后释放出来。同时作者还在该微结构表面负载了一层厚为10nm的铁，使之可以受磁场控制实现靶向；负载了一层2nm的钛，以增强其生物相容性。
四足微结构的结构示意图。图片来源：arXiv
通过在微流体管道中的实验，作者发现他们可以通过磁场操纵这种精子杂化复合物的定向运动，同时该结构在碰到障碍物之后可以释放出精子。
磁场控制精子杂化复合物的定向运动及精子释放。图片来源：arXiv
为了验证精子是否可以负载药物，作者采用了阿霉素盐酸盐（DOX-HCL）和牛血清白蛋白（BSA）作为模型药物进行了研究。当药物与精子一起孵育1h之后，离心得到精子，再将之分散到培养基中。通过荧光显微镜分析，发现98%的精子内都包含药物，DOX-HCL主要分布在精子头部和中部的细胞质中，而部分BSA分布在精子尾部。同时，DOX-HCL的负载浓度与培养基中的浓度（10-μg/mL）呈正相关，负载率可达15%，实验中精子负载药物的最大浓度为15pg/每个精子，同时药物负载很稳定，自然条件下96小时后仅释放18%。尽管负载药物对精子的运动速度有一定影响（71μm/s降到57μm/s），但是精子的运动能力仍然满足要求。
精子负载DOX-HCL的过程。图片来源：arXiv
接下来，作者研究了负载药物的精子杂化复合物的癌细胞杀伤效应。通过与Hela细胞共同孵育24h，发现和无药物的精子或者单纯药物相比，复合物可以将Hela细胞的密度降低一半。而和Hela细胞球共孵育的结果表明这种复合物可以显著提高药物穿透细胞球的作用，24h后可以将细胞球囊中的药物浓度增加1.8倍，而药物分布面积增加7.4倍。同时，实验观察到细胞球囊体积减小；通过死活染色分析发现处理48h后活细胞的比例仅为47%（DOX-HCL溶液组为45%)，而72h后，复合物组球囊中活细胞比例仅为13%。有趣的是，不负载药物的精子杂化复合物也会使活细胞比例降低（至37%），作者推测可能原因是精子撞击及精子表面透明质酸酶的作用使细胞死亡（感觉精子本身就可以抗癌，有兴趣的小伙伴可以试试，指不准一篇什么文章呢……）。
药物对Hela细胞球囊的杀伤作用。图片来源：arXiv
总之，笔者惊叹于作者的脑洞之大、思维之开阔、设计之精妙！实验表明这种精子杂化复合物携载药物后可在72h内杀伤接近90%的癌细胞。但是笔者还是想问一句，万一精子不是自己老公的怎么办？万一怀孕了怎么办？
当然，毫无疑问这仅仅是一项初期概念性研究，其实用性、可操作性、安全性、伦理问题、治疗效果等问题还有待进一步考量。不过作者对该系统保持乐观，他们表示这种精子杂化系统很可能在未来癌症的原位诊断和治疗中应用。
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