久病之谈
2023/05/23 23:21
我国科学家借助仿生学原理成功开发出一款仿水熊虫医用微纳机器人。这款微纳机器人可以在静脉高速血流环境中实现可控运动，并能在静脉血流中驻停36个小时以上。相关研究近日在线发表于《科学进展》杂志，同时国际著名杂志《自然》也进行了报道和点评。专家认为，该项成果如能完成临床转化，将有望提高药物靶向递送效率，为肿瘤治疗带来光明前景。
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仿水熊虫医用微纳机器人工作原理
常规的药物递送，如口服、静脉点滴等，都是药物分子或载体在血液等流体中扩散进行的。这些药物分子或载体随血流等生物流体扩散，递送效率低下，毒副反应较重。有学者对近30年来的药物递送方法进行统计，发现输送12小时后，到达目的地的药物不足1%。这意味着绝大部分药物已在“邮路”上丢失。
微纳机器人凭借体积小、质量轻、推重比大、可穿越多道生物屏障的优势和特点，在生物医学、抗肿瘤靶向用药递送、化验检测等领域已逐渐崭露头角。但如何才能确保微纳机器人在血流高速冲刷下依然能够“站稳脚跟”并自如驱动，成为科学研究的重点。同时，怎样构筑牢固的药物运输“通道”，实现循环系统内靶向释放？这些问题都是医学界面临的重大挑战。
在国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的支持下，哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室吴志光、赵杰、李天龙等组成的专家团队与哈尔滨医科大学附属第一医院普外科兼胰胆外科主任孙备教授、副主任医师李轶龙等协作，共同开展了《可在血管中靶向驻停的仿水熊虫医用微纳机器人》研究课题，成功设计出了仿水熊虫医用微纳机器人。
这种微纳机器人有着水熊虫一样的“爪子”。这些“爪子”可显著提升驱动效率，同时让机器人“跑得更快”。利用医学光学相干断层成像技术检测发现，直径20微米的机器人能在20000微米/秒的静脉血流环境中高效运动。与此同时，为了让机器人“停得住”，研究团队还利用多磁场复合调控技术，让微纳机器人可以在生物组织表面长时间停留并缓慢释放靶向药物。
该项目医工合作医学部分负责人孙备教授介绍，水熊虫是一种微小无脊椎动物，体形细小，体长0.05~1.4毫米，通体透明，生命力极其顽强，在台阶的苔藓上、珠峰山顶、海底甚至是火山口均能生存。《自然》杂志评价指出，水熊虫可用爪子在水生环境中抓住植物，科学家们从中获得了灵感，为游动微型机器人配备了爪形表面结构和类似红细胞膜的外套。这样的设计显著增强了微型机器人应对高速血流、黏附在血管中目标部位的能力，最终提升了靶向药物的输送水平。该微型机器人可将药物精准送入病变深处，很好地解决了药物输送能力欠佳的科学难题。
在接受媒体采访时，孙备教授指出：“医工合作、学科交叉的意义在于将不同领域的专业知识和技能相互结合，有效地解决各领域存在的复杂问题。医工融合，医学和工程学科之间的专业知识可以相互补充，进而带来更好的创新和应用。以微纳机器人及纳米材料为例，作为医工结合的产物，可用于制备各种功能性生物材料和药物输送系统。微纳机器人尺寸小、质量轻、推重比大，而且载药性和靶向性十分优异，一旦研制成功并完成临床转化，我们胰腺外科就能凭借医用微纳机器人将抗癌、抗炎等药物准确输送到胰腺周围静脉系统，真正实现胰腺癌、胰腺炎等顽疾的精准治疗。”
文：健康报 特约记者 衣晓峰 徐旭
编辑制作：王建影
审核：谭嘉
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