经过工程化改造的活性微藻可以通过光合作用在肿瘤原位产生氧气改善肿瘤的乏氧微环境，同时可以做为微纳机器人高效靶向输送药物，实现多种模态医学影像指导下的肿瘤诊断与治疗。

Engineered live microalgae could improve the tumor hypoxic environment by the in-situ photosynthesis, efficiently deliver drug to the tumor for the cancer diagnostic and therapy under the multimodal imaging guidance.

周民研究员是恶性肿瘤预警与干预教育部重点实验室副主任。近年来主要围绕“分子影像和转化医学”在癌症及感染性疾病诊断及治疗等方向，致力于新型多功能生物材料及小分子药物临床转化研究。相关研究成果已在在综合类杂志包括Science子刊Sci. Adv., Adv. Sci.；临床医学影像领域杂志Radiology、J. Nucl. Med.； Adv. Funct. Mater., J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Acc. Chem. Res., Biomaterial, Small等生物材料杂志上累计发表80余篇SCI论文。论文总引用大于4000次，单篇他引大于200次论文4篇。2016年回国独立组建团队以来，以通讯作者发表论文20余篇，其中影响因子大于10的论文13篇，平均每篇影响因子11，包括10篇封面论文。2017、2018连续两年获得“浙江大学十大年度学术进展提名奖”，并多次被浙江大学主页头版头条报道。2016年回国组建20余人的交叉学科科研团队，组员覆盖临床医学、生物学、药学、材料学、生命科学等多学科领域。科研项目涉及前期药物设计与合成、细胞分子水平验证，到动物（包括小鼠、兔以及大型猕猴）水平预临床研究等多尺度、多领域系统研究。

团队照片

小球藻微观形貌

肿瘤内部的螺旋藻微纳机器人

肿瘤内部的小球藻

光照下的肿瘤

微藻是一种在显微镜下才能看到的微小藻类，我们经常听说的螺旋藻、小球藻等就是属于微藻，在陆地和海洋都有广泛分布，营养丰富，油脂量高，光合利用度高。微藻营养丰富的它可以做食物、保健品、面膜，螺旋藻手工面包、螺旋藻挂面、微藻饼干，还有微藻狗粮……

目前，癌症治疗方式主要有手术治疗、化学治疗（化疗）、放射治疗（放疗）。放射治疗在临床的应用越来越广泛，成为目前肿瘤综合治疗的重要手段，参与了约70%肿瘤的临床治疗，比如肺癌、鼻咽癌、肠癌等。绝大多数的癌症，其肿瘤细胞向外“扩张”过程中，中心区域的细胞会出现缺氧，呈现一种“冬眠”状态（因为肿瘤细胞生长在我们的身体上，即使缺氧，也不会死去）。此时，放射治疗对肿瘤发起“猛攻”，肿瘤外围的一大圈细胞都能被“杀死”，但对中间缺氧“冬眠”的细胞却没什么杀伤力。“冬眠”细胞因为外围细胞的凋亡，反而重获氧气，开始复苏并生长，而且比之前的细胞更顽强。野火烧不尽，春风吹又生。面对这样“油盐不进”的“冬眠”肿瘤细胞，医生们绞尽脑汁……

有一次在与学校农学院的专家学者交流时，他们说到正在养殖的微藻，提取里面的物质做成营养品、保健品、护肤品等。当聊到微藻超强的光合作用时，我们忽然想到有可能利用微藻光合作用产氧来调节肿瘤乏氧。对呀，这微藻，不就是“超级制氧机”嘛！于是，我们随即在乳腺癌和肝癌等肿瘤模型上进行实验，把经过工程化改造的活性微藻，输送到低氧肿瘤区域。

要想达到上述效果，吃微藻可没啥用。那么问题来了这微藻，到底怎么“种”到肿瘤低氧区呢？每个人身上都有红细胞，它可以在体内自由穿行。但微藻不行，它是“外来物种”，神圣人体不可侵犯。那怎么办？为了解决这一难题，我们把红细胞的衣服（就是它的膜）脱“下”来，给微藻当马甲。于是伪装成红细胞的微藻，制备成微藻液，通过注射浩浩荡荡地进入小白鼠的体内，有部分就进入了肿瘤低氧区。除了这种途径外，我们还以微型螺旋藻作为活体模板，为它“穿上”磁性涂层外衣，通过磁驱动力把微藻靶向输送到肿瘤部位。而且，微藻表面具有大量的微孔，可以把多种药物通过微孔装载到微藻内部。再利用其靶向输送能力，把药物高效的定向输送到肿瘤内部。

实验结果和预料的一样赞：光照下，微藻介导的光合作用在低氧肿瘤原位产生氧气，显著改善了肿瘤的低氧环境，放射治疗功效明显提升。同时，微藻释放的叶绿素在激光（光动力治疗方法）激发下产生活性氧，增强肿瘤细胞的凋亡。此外，微藻还可负载其他抗肿瘤药物，进一步协同化学治疗高效杀伤肿瘤。

肿瘤在体内，光在身外，那微藻怎么照到光呢？对于乳腺肿瘤，局部体外照光，即可满足微藻对光的需求。对于其他肿瘤，比如肠癌，可以通过纤维镜，将光送至肿瘤区域。工程化活性微藻可应用于大部分放射治疗后效果不佳的肿瘤，比如胃癌、肠癌等。目前这项研究已完成小动物实验，准备进入大动物实验阶段。通过系统的安全性和有效性评价后，该微藻类材料有望开展临床试验。