首頁 > 新聞 > 科技 >

用磁場做導航 納米機器人精準搏殺腫瘤細胞

2021-11-10 08:27    作者:dl001   來源:科技日報   VIEW:


  團隊用靶向給藥微納米機器人在小鼠身上做了實驗。他們用了乳腺癌細胞種植的皮下腫瘤模型,對30隻小鼠跟蹤了30天。團隊發現,這種方法對小鼠腫瘤確有靶向殺傷作用,且對周圍正常組織的影響最小。
  上映於1966年的科幻電影《神奇旅程》,講了這麼一個故事:為給一名科學家實行高難度血管手術,5名醫生被縮小成頭髮絲大小,置於針筒中,注射進他體內。5人駕駛著「潛艇」,躲過了免疫細胞的攻擊,一路乘風破浪,成功完成任務。
  50多年過去,當初的幻想,已經部分成為了現實。微納米醫療機器人,就被認為是一種頗具前途的智能給藥平台,目前被廣泛用於腫瘤的靶向治療。
  近日,北京航空航天大學機械工程及自動化學院「卓越百人」副教授、博士生導師馮林課題組,研究出了一種新的更為智能的腫瘤靶向機器人。它有了偽裝,還有了導航,能夠在磁場的驅動下,精準抵達戰場,投擲殺傷腫瘤的彈藥。
  讓巨噬細胞吞下納米藥物,變身微納米機器人
  讓納米機器人裝載藥物,到達指定地點,定向治療炎症或清除腫瘤,這是醫學納米技術的終極目標之一。但傳統微納米機器人在人體內的運動,其實靠的是分子之間的結合力,這是一種「被動靶向」,難免脫靶。「就好比我們知道,人群中具有某種特質的兩類人可能會碰上。但茫茫人海中你最後碰上的是不是想要的人,其實要打一個問號。」馮林說。
  而且,也如當初那部電影里所展示的,被注射進人體內的納米機器人,稍有不慎,就會遭到兢兢業業工作的免疫細胞的攻擊。
  能不能讓這類醫療機器人更為安全且精準地到達要去的地方?
  2016年從日本回國後,馮林就一直思考這個問題。在北航機器人所的支持下,馮林和陳華偉老師合作申請獲批了國家重點研發計畫—機器人重大項目「靶向給藥微納米機器人」。在一次討論中,陳華偉問可不可以讓活細胞作為載體。這句看似很隨意的提問提醒了馮林:直接讓活的細胞吞進載藥納米顆粒變身微納米機器人行不行?
  他們想到了巨噬細胞——這是一種喜歡吞食並處理異物的細胞。
  合適的載體和「偽裝」找到了,接下來,就是設計機器人的「導航系統」。
  磁性納米顆粒可以由磁場來控制,藥物釋放可以利用紅外或者超音波。幾乎是從零開始,馮林團隊自行設計了複合磁控系統。他們從電子線圈開始設計,一點點調整、摸索技術參數。磁性納米顆粒進入小鼠體內後,通過這套系統,他們可以在體外對其行走路徑進行高精度控制。
  再接下來,就是讓磁性納米顆粒裝載藥物,並讓它在合適地點,通過合適方式,釋放藥物。
  這款機器人其實設計有許多層。在阿黴素外層,是聚乙二醇,一種具有良好水溶性的高分子化合物;再外一層,是吲哚菁綠,它是藥物研究中常用的熒游標記物,幫助科研人員判斷機器人所在的位置。最後他們還包裹了一層脂質體,它具有非常高的生物相容性。
  團隊還為機器人設計了一個開關——近場紅外光。近紅外光穿透表層皮膚,磁性納米顆粒吸收光線,產生熱量,會釋放出阿黴素。
  如此一來,納米機器人基本實現「指哪打哪」的效果。
  「接收指令,執行指令,完成任務,在我們做機械的人眼中,具備這些能力的,才是智能的機器人。」馮林說。
  團隊用靶向給藥微納米機器人在小鼠身上做了實驗。他們用了乳腺癌細胞種植的皮下腫瘤模型,對30隻小鼠跟蹤了30天。團隊發現,這種方法對小鼠腫瘤確有靶向殺傷作用,且對周圍正常組織的影響最小。
  9月,納米科學領域權威期刊《小》(Small)以封面文章的形式報道了課題組的研究成果。
  在機械學院,他們建立生物醫學實驗室
  馮林的團隊中,有好幾個醫學生物專業出身的博士。在他的機械實驗室里,還有一塊專門區域,用來做生物醫學實驗。
  所以,你能看到這樣一個略顯奇特的景象——實驗室里,有各類機械模型,有專業級的顯微鏡,以及小白鼠。
  去採訪時,由於已經結束了上一輪的實驗,小白鼠所剩不多,正在籠子里踱來踱去,安度餘生。
  馮林是「80後」,本科學的電子資訊工程,碩士專業是生物機器人,博士留學日本名古屋大學,跟著導師新井史人教授一頭扎進了更為微觀的世界——微納米機器人。
  回國後,馮林來到北航,獲得北航「卓越百人」,加入了機械學院張德遠老師領導的仿生與微納系統研究所,之後又得到北京市「科技新星」資助。北航提倡「醫工結合」,馮林也被聘入了北京市生物醫學工程高精尖中心,更深入地進入到醫療機器人領域。
  「不能只是炒概念,說納米機器人未來能如何如何。」馮林一直存著這個念頭,就是要真正把納米機器人打入體內,真正殺死體內的腫瘤細胞。
  就在不久前,馮林指導的學生團隊憑藉Medcreate磁懸浮膠囊機器人在第七屆中國國際大學生「互聯網%2B」創新創業大賽中獲得本科生創意組全國第五名。
  它用到的技術,也是「複合場磁控」。
  這是一款主動可控高速圖像傳輸型膠囊機器人,能對胃部等大體積消化道器官進行全方位無死角視訊探查。膠囊機器人可以懸浮運動,無需改變患者體位,就能完成整個胃部的覆蓋式檢查。
  馮林為學生取得的成績高興,但他也知道,要完善各類治療型的微納米機器人,還「路曼曼其脩遠兮」。
  從小鼠到人體,從試驗到臨床,還需要一步步完善和摸索,這並非坦途。「你要捨得花一輩子的時間。」馮林說。(記者 張蓋倫)
  • 責編:
0

閱覽: