近日，位于德國斯圖加特的馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究團(tuán)隊從白細(xì)胞中得到靈感，研發(fā)了一款可攜帶藥物進(jìn)入血管的微型機(jī)器人。該機(jī)器人的直徑在3～7.8微米，相比之下，人類紅細(xì)胞的直徑為8微米。工作時，該機(jī)器人進(jìn)入癌癥病人的血管，逆著血液流動方向移動，每秒可以移動600微米。找到癌細(xì)胞后，在特定的紫外線刺激下，機(jī)器人可以釋放藥物。

這項研究發(fā)表在機(jī)器人期刊《Science Robotics》上，論文標(biāo)題為《在血液流動中靶向運輸?shù)亩喙δ鼙砻嫖⑿蜐L筒(Multifunctional Surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flo)》。

論文鏈接：

https://robotics.sciencemag.org/content/5/42/eaba5726

一、機(jī)器人模仿白細(xì)胞：沿著血管壁移動，識別出特定細(xì)胞

在之前的醫(yī)學(xué)實踐中，微型機(jī)器人只能進(jìn)入消化道、腹膜腔等器官中，幫助生成醫(yī)學(xué)影像。人們一直設(shè)想能把微型機(jī)器人放入人體循環(huán)系統(tǒng)，使其精準(zhǔn)地定位病灶，靶向投放藥物。但實際上，這一設(shè)想很難實現(xiàn)，這是因為血管內(nèi)的物理環(huán)境比較復(fù)雜，不利于機(jī)器人的移動。

血液流動會造成密集的非均質(zhì)流體環(huán)境，而能進(jìn)入血管的微型機(jī)器人直徑一般小于10微米、在復(fù)雜流體環(huán)境中難以保持推進(jìn)力。

根據(jù)論文，白細(xì)胞是唯一能夠沿著血管內(nèi)壁移動的細(xì)胞。馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究人員仔細(xì)觀察了白細(xì)胞在血管中的運動方式，發(fā)現(xiàn)了白細(xì)胞能夠在血管中“逆流而上”的原因。

他們發(fā)現(xiàn)，相比于在血管中心處的血液流速，血管壁處的血液流速較低，白細(xì)胞沿著血管壁移動、受到的阻力較小。

白細(xì)胞的另一個特性是能夠以高時空分辨率識別和清除受損或被感染的組織。這是因為白細(xì)胞上存在“識別部分”，可以識別出內(nèi)皮細(xì)胞。當(dāng)識別出受損或被感染的組織細(xì)胞后，白細(xì)胞會與它們結(jié)合。

研究人員仿照白細(xì)胞的移動方式，設(shè)計出一款可以沿著細(xì)胞壁移動、并識別出特定細(xì)胞的機(jī)器人。

二、球形機(jī)器人用磁力驅(qū)動，1秒能走600微米

在本項研究中，研究人員設(shè)計了一個球形的微型機(jī)器人，該機(jī)器人用玻璃微粒制成，直徑在3～7.8微米之間。機(jī)器人外表一分為二，涂上不同材料：

微型機(jī)器人表面一半被鎳和金制成的磁性納米薄膜覆蓋，利用磁力獲得推進(jìn)力，每秒可以移動600微米，相當(dāng)于76個機(jī)器人體長!另一半涂有抗癌藥物和能識別癌細(xì)胞的分子，可以定位癌細(xì)胞并精準(zhǔn)投放藥物。

研究人員設(shè)計用紫外線觸發(fā)機(jī)器人釋放藥物。用365nm的紫外線照射30s后，藥物會從微型機(jī)器人中釋放出來。

本項研究選用乳腺癌靶向藥分子DOX分子進(jìn)行實驗，在DOX分子用熒光信號做標(biāo)記，以便判斷藥物是否被釋放出來。

三、微型機(jī)器人在模擬血管中輕松移動

設(shè)計好機(jī)器人后，研究人員進(jìn)行一個實驗測試其性能。

首先，研究人員用人體內(nèi)皮細(xì)胞合成管道模擬血管，在其中注入老鼠CD1全血液。然后，研究人員把微型機(jī)器人放入這條血管中。

測試結(jié)果顯示，當(dāng)血液不流動時，微型機(jī)器人在血液中的推動、導(dǎo)航都十分輕松。研究人員進(jìn)一步模擬了微型機(jī)器人在血液流動時的運動情況。結(jié)果顯示，這兩款微型機(jī)器人均能在血管中向血液上游移動。

在血流流動力為1.2dyn/cm2的情況下，鎳涂層厚度為480nm的微型機(jī)器人移動速度達(dá)到55.5±20.8μm/s，涂層厚度2微米的機(jī)器人移動速度達(dá)到156.7±36.6μm/s。

關(guān)鍵詞： 抗癌機(jī)器人