納米機(jī)器人最新進(jìn)展

對于腫瘤和癌癥而言，靶向治療是最有效的方法。靶向治療對于腦瘤而言更具挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)槟X部手術(shù)非常危險。微型機(jī)器人的應(yīng)用或許提供了一種更安全的治療手段。

2021 年 3 月 24 日，哈工大微納米技術(shù)研究中心賀強(qiáng)、吳志光教授團(tuán)隊在 Science Robotics 發(fā)表了一篇論文，通過設(shè)計一種游動微納米機(jī)器人將藥物輸送至小鼠的組織，從而治愈了小鼠的腦瘤。

論文地址： https://robotics.sciencemag.org/content/6/52/eaaz9519 在治療過程中，研究者必須找到一種方法來突破體內(nèi)通常由致密組織構(gòu)成的阻礙，并且這些致密組織往往也成為微型機(jī)器人移動的障礙。 為了解決這一難題，他們設(shè)計了一種使用磁性材料的微型機(jī)器人，并利用旋轉(zhuǎn)磁場對機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程導(dǎo)航。這款微型機(jī)器人的寬度大約只有人類頭發(fā)絲的百分之一，從而可以毫不費(fèi)勁地游動。研究者將這種基于嗜中性粒細(xì)胞（白血細(xì)胞的一種）的微型機(jī)器人命名為「中性機(jī)器人」（Neutrobot ），它能夠在小鼠尾部血液和大腦之間自由游動，并用來治療膠質(zhì)細(xì)胞中的腫瘤。

Neutrobot的可控磁驅(qū)動 具體而言，研究者首先使用嵌入磁性氧化鐵珠和抗癌藥物紫杉醇凝膠制成納米顆粒，然后用大腸桿菌膜包裹納米顆粒，偽裝成有害細(xì)菌的納米顆粒比裸納米顆粒更容易被小鼠嗜中性粒細(xì)胞吸收。下圖為 Neutrobot 主動藥物靶向輸送示意圖：

從小鼠尾部針管注入、通過血管進(jìn)入大腦并最終被嗜中性粒細(xì)胞吸收的動態(tài)演示過程如下：

圖源：Science Magazine 吳志光和他的團(tuán)隊表示，這些微型機(jī)器人不僅適用于治療腫瘤，它們還可以作為一個平臺，用于治療中風(fēng)、癲癇和腦血栓等多種腦部疾病。

▍磁控微型機(jī)器人如何工作

這些機(jī)器人帶有磁性，研究者利用旋轉(zhuǎn)磁場遠(yuǎn)距離牽引它們。在微觀尺度上，一根頭發(fā)寬度 1% 的增量運(yùn)動，就能使這種混合生物機(jī)器人像《貪吃蛇》中那樣行走，并通過嗜中性粒細(xì)胞的外殼滲透到大腦中。

Neutrobot的游動 吳志光教授表示，這項(xiàng)工作的最大挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn) Neutrobot 的集群智能。就像宏觀世界中的集群機(jī)器人，微 / 納米集群機(jī)器人通過復(fù)雜的操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)。 吳志光團(tuán)隊花了 8 年時間才實(shí)現(xiàn)了這種微型集群機(jī)器人，這種機(jī)器人群能夠彌合小鼠尾巴（機(jī)器人被注射的地方）和大腦（大腦膠質(zhì)細(xì)胞中出現(xiàn)的膠質(zhì)瘤）之間的屏障。 有一個問題是小鼠的白細(xì)胞并沒有感受到磁性機(jī)器人的特殊性。為了解決這個問題，吳志光的研究小組在機(jī)器人身上涂上了大腸桿菌膜，白細(xì)胞很容易識別出這是一種不受歡迎的入侵者，這使得白細(xì)胞更加容易包圍微型集群機(jī)器人。在這些細(xì)胞內(nèi)，微納米機(jī)器人能夠?qū)⒓?xì)胞引導(dǎo)到腦部區(qū)域；Neutrobot 將藥物送入大腦，并能夠?qū)⑺幬镏苯虞斔偷侥繕?biāo)腫瘤。

圖（A）中藍(lán)色為納米凝膠，橘色為大腸桿菌膜 吳志光教授說，「Neutrobot 的應(yīng)用是多方面的，更多的突破可能即將出現(xiàn)。它不是專門為治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤而設(shè)計的，而是用于治療各種腦部疾?。ㄈ缒X血栓形成、中風(fēng)和癲癇）的主動輸送平臺。」

神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的Neutrobot 無論是手術(shù)還是藥物輸送，機(jī)器人都在緩慢而堅定地進(jìn)入我們的領(lǐng)域。當(dāng)然，它們目前還僅僅存在于小鼠的大腦中，但將來在人類身上的應(yīng)用似乎越來越有可能。 然而，利用 Neutrobot 進(jìn)行靶向藥物傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn) - 臨床轉(zhuǎn)化仍有一段路要走。

責(zé)任編輯：lq