科技日報北京11月13日電 （記者張夢然）醫(yī)學(xué)界長期以來一直致力于開發(fā)能精準(zhǔn)地“定點送藥”的微型機(jī)器人技術(shù)，以實現(xiàn)靶向治療。現(xiàn)在，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究團(tuán)隊研發(fā)出一種微型機(jī)器人，它能在血管中“逆流而上”精確導(dǎo)航。動物實驗中，團(tuán)隊在豬體內(nèi)和綿羊的腦脊液中驗證了系統(tǒng)的有效性，這為未來治療神經(jīng)系統(tǒng)等多種疾病提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《科學(xué)》雜志。
全球每年有約1200萬人因中風(fēng)而遭受健康威脅，其中許多人因此死亡或留下永久性損傷。目前治療中風(fēng)的主要方法是使用溶栓藥物來溶解阻塞血管的血栓。然而，為確保足夠劑量到達(dá)病灶，往往需要大劑量給藥，這可能導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用。
鑒于此，團(tuán)隊研發(fā)了一種微型機(jī)器人，它實際上是一種球形膠囊，由可溶性凝膠外殼構(gòu)成，內(nèi)部嵌入了氧化鐵納米顆粒，使其具備磁性，從而能通過外部磁場進(jìn)行操控和引導(dǎo)。由于人腦血管極為細(xì)小，如何在如此微小的結(jié)構(gòu)中集成足夠的磁性材料成為一個技術(shù)難點。
此外，膠囊還需具備在X射線下可見的特性。團(tuán)隊選用了高密度的鉭納米顆粒作為造影劑，但其重量較大，增加了控制難度。將磁性響應(yīng)、成像可見性與精確操控能力集于一體，需要材料科學(xué)與機(jī)器人工程的高度協(xié)同，研究團(tuán)隊歷經(jīng)多年努力才最終實現(xiàn)這一目標(biāo)。
團(tuán)隊還開發(fā)了一套模塊化電磁導(dǎo)航系統(tǒng)，融合了3種不同的磁導(dǎo)航策略：利用旋轉(zhuǎn)磁場使膠囊沿血管壁滾動，實現(xiàn)高精度移動；通過磁場梯度引導(dǎo)，實現(xiàn)定向輸送，甚至可“逆流”行進(jìn)，應(yīng)對最高達(dá)每秒20厘米的血流速度；當(dāng)遇到血管分叉等復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，采用流入導(dǎo)航策略，利用指向血管壁的磁梯度將膠囊引入目標(biāo)分支。
這3種策略的結(jié)合，使微型機(jī)器人能夠在多種血流條件和解剖結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定運行，在超過95%的測試案例中成功將藥物送達(dá)指定位置。
在模型和動物實驗中，團(tuán)隊證實該微型機(jī)器人不僅能被精準(zhǔn)引導(dǎo)，還能夠攜帶治療所需的藥物，如溶栓劑、抗生素或抗癌藥物，在到達(dá)目標(biāo)位置后釋放。藥物的釋放機(jī)制依賴于高頻磁場加熱內(nèi)部的磁性納米顆粒，使凝膠外殼溶解，從而釋放有效成分。
未來，該微型機(jī)器人平臺可拓展至局部感染、腫瘤等疾病的靶向治療。
【總編輯圈點】
簡單來說，這就是一個非常聰明的“定點送貨”技術(shù)，能讓藥物指哪打哪，是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個大方向，潛力無限。以后治療中風(fēng)這類疾病，可能只需要很少的藥量，效果更好，而且大大減少了藥物對身體其他部位的傷害和副作用。這也為治療許多疑難雜癥打開了新大門，不僅是中風(fēng)，未來對付腦腫瘤、顱內(nèi)感染等疾病，都可能用這種“快遞小船”把抗癌藥、抗生素直接送到以前的大腦“禁區(qū)”，實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。
