Science子刊：中美科學家開發微米機器人精準治療腸道癌癥

來源：作者：人氣：-發表時間：2019-08-21 09:40:00【大中小】

針對身體有病的部位進行治療，是科學家和醫學工作者們長期以來追求的目標。

但問題在于病變部位通常是在身體內部，不太容易觸及。在這種情況下，可能需要手術或化療等治療。加州理工學院工程與應用科學系的兩名研究人員正在研究一種全新的治療形式--微型機器人，它可以將藥物輸送到身體內部的特定部位，同時又能在身體外部進行監控。

"微型機器人的概念真的很酷，因為你可以把微型機器放到你需要的地方，"加州理工學院醫學工程和電氣工程Caltech's Bren教授Lihong Wang說。"可能是藥物輸送，也可能是預先設計好的顯微手術。"

這個微機器人是Wang和醫學工程助理教授Wei Gao的聯合研究項目成功，旨在治療消化道腫瘤。

這種微型機器人由微小的金屬鎂球組成，金屬鎂球表面覆蓋著一層薄薄的金和聚對二甲苯，聚對二甲苯是一種抗消化的聚合物。這些涂層使球體的一個圓形部分裸露在外，有點像舷窗。鎂的裸露部分與消化道中的液體發生反應，產生小氣泡。氣泡流的作用就像射流，推動球體向前，直到它與附近的組織碰撞。

就其本身而言，可以四處縮放的鎂球形微型機器人可能很有趣，但它們并不是特別有用。為了把它們從一種新奇的東西變成運送藥物的工具，Wang和Gao對它們做了一些修改。

首先，在單個微球和它的聚對苯二甲酸酯涂層之間夾有一層藥物。為了保護微型機器人免受胃部惡劣環境的傷害，它們被包裹在石蠟制成的微膠囊中。

在這個階段，這些球體能夠攜帶藥物，但仍然缺乏將藥物運送到所需位置的關鍵能力。為此，Wang和Gao使用了光聲計算機斷層掃描(photoacoustic computed tomography，PACT)，這是Wang開發的一種利用紅外激光脈沖的技術。

紅外激光可以透過組織，被紅細胞內攜氧血紅蛋白分子吸收，使分子產生超音波振動。這些超聲波振動被壓在皮膚上的傳感器接收。來自這些傳感器的數據被用來創建身體內部結構的圖像。

此前，Wang已經證明，可以用PACT的變化來識別乳腺腫瘤，甚至單個癌細胞。這項最新研究分為兩部分：第一個是成像，通過使用PACT，研究人員可以在消化道發現腫瘤，并追蹤微型機器人的位置，這些機器人在PACT的圖像中表現得很明顯。一旦微型機器人到達腫瘤附近，就會使用大功率連續波近紅外激光束來激活它們。由于微型機器人吸收紅外光的能力非常強，它們會短暫地升溫，融化周圍的蠟囊，并將蠟囊暴露在消化液中。這時，微型機器人的氣泡噴流被激活，微型機器人開始運動粘附在腫瘤組織周圍，開始釋放它們的藥物。

"這些微型馬達可以穿透消化道的粘液，并在那里停留很長時間。這改善了藥物的輸送，"Gao說道。"但因為它們是由鎂制成的，所以它們具有生物相容性和生物降解性。"

動物模型實驗表明，微型機器人的表現符合預期，但Wang和Gao表示，他們計劃繼續推進這項研究。

Gao說："我們證明了這樣一個概念：你可以在特定的患病區域，激活微型機器人。下一步是評估它們的治療效果。"

Gao還表示，他希望開發出微型機器人的變種，這種機器人可以在身體的其他部位工作，并具有不同類型的推進系統。

Wang說，他的目標是改進他的PACT系統與微型機器人的交互方式。它使用的紅外線激光很難進入身體的深層，但他說，應該有可能開發出一種能穿透更深的系統。