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解決納米藥物輸送難題,微型機器人或將帶來革命性進展-鄭州小程序開發

夢之網科技?2019-10-03?文章動態?

1966 年 8 月 24 日,第一部關于利用微縮科技進入人體完成受損細胞修復的科幻片《神奇旅程》(Fantastic Voyage)上映。影片描述了 5 名醫生被縮小成幾百萬分之一后置于膠片中,然后再被注射到一位科學家體內找到問題細胞為其進行腦部血管手術的故事。雖然影片的畫面,以現在的眼光來看可稱之為五毛錢特效,但其新穎的構思在當時可算頗具想象力。

如今,半個世紀過去了,隨著科技的發展,很多影片里的猜想,現在都已實現。2019 年 4 月,麻省理工學院的工程師們宣布設計出了一種微型機器人,可以幫助輸送藥物的納米粒子穿越血管壁,進入腫瘤或其他疾病部位

一直以來,納米顆粒藥物因為可以在血液中穿梭實現精準靶向給藥,所以在治療腫瘤等疾病上擁有著巨大潛力。但受到血流阻力和血管壁的阻礙,藥物輸送困難的問題讓現有技術無法發揮出納米顆粒的最大價值。為了解決這個難題,麻省理工學院的研究團隊將目光轉向了微型磁性機器人,探索磁場和磁力提高藥物傳輸效率的可能性

在該研究中,研究員利用高分辨率 3D 打印技術,制造出了長度約為 35 微米,體積與細胞大小相似的微型機器人。與此同時,通過借鑒細菌的移動機制,研究員將該機器人的形狀設定為螺旋狀,以便幫助機器人更好地在血液里移動。最后他們在機器人的表面涂上了鎳鈦雙涂層,使其具有磁性,能夠通過外部磁場控制。

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圖 | 3D 打印的螺旋體,可以在磁場的控制下移動(來源:MIT)

為了測試單個機器人控制附近納米粒子的能力,研究人員創建了一種模擬腫瘤周圍血管的微流體系統(模型)。該系統中的血管通道寬度在 50 到 200 微米之間,內部覆蓋有凝膠,上面還有不規則分布的孔洞,用來模擬腫瘤附近的破裂血管。他們使用外部磁鐵施加磁力來控制機器人行動,使其在通道中旋轉和移動。由于流體以相反的方向流過通道,機器人保持靜止并產生對流電流,最后對流將 200 納米的聚苯乙烯顆粒推向了模型中的目標組織。

實驗結果顯示,在微型機器人的幫助下,納米顆粒滲入組織的深度是沒有幫助時的兩倍,輸送效率大幅提升。而這樣的藥物輸送模式有望與支架結合。靜止的支架可以成為很好的目標,適合作為磁場的瞄準對象,然后用微型機器人輸送藥物,緩解支架部位出現的發炎等癥狀。

在這項研究中,前麻省理工學院博士后,蘇黎世聯邦理工學院助理教授,Simone Schuerle 正是該研究團隊的負責人之一。當她在蘇黎世聯邦理工學院 Brad Nelson 教授的 Multiscale Robotics Lab 讀研的時候,開始了對微型磁性機器人的研究。隨后 2014 年,她作為博士后來到了麻省理工學院 Sangeeta Bhatia 教授的實驗室,展開了對這種機器人是否有助于提高納米顆粒的藥物輸送效率的研究。

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圖 | Simone Schuerle

對于自己在科學領域的興趣,Simone 曾在一次采訪中表示,雖然很難回憶起最初的原因,但她從小就喜歡做各種實驗,所以讀到高中的時候,便選擇了數學和物理作為自己的專業。在她看來,這些學科教會了她了解周圍世界所需的基本知識。一直到大學期間,在聽過一場關于微/納米技術的介紹演講后,便馬上被吸引住。這場演講向她打開了一個全新的物理和工程世界的大門。而在自己開始學習如何在如此小的尺度(比頭發千分之一的寬度還要小)上創建系統時,便沉迷于此。

對于目前 Simone 的研究,主要涉及開發可應用于人體的微型系統,來幫助診斷或治療某些疾病。Simone 表示,雖然自己主要從事合成材料的研究,但也開始利用合成生物學的方法來“定制”生物體,尤其關注它們在抗癌方面的作用。她希望能通過自己在磁性機器人方面的研究,為未來癌癥的治療鋪平道路。

今年 7 月,作為世界經濟論壇 2018 年度的青年科學家之一,Simone Schuerle 參加了在大連舉辦的第十三屆夏季達沃斯論壇,在自己的研究領域進行了分享。5個月后,也就是今年 12 月,她將再度來到中國,參加 EmTech China 全球新興科技峰會。屆時,Simone 將繼續和大家分享自己在微型機器人方面的研究進展,以及如何利用微型機器人完成精準靶向給藥。讓我們一起拭目以待。

作為全球頂級科技商業雜志《麻省理工科技評論》的著名會議品牌,EmTech 也是全球新興科技領域最具影響力的大規模會議之一。2018 年,這場會議首次落地中國,以技術與商業的結合為主線,EmTech China 旨在通過演講嘉賓的梳理與分享,幫助大家快速梳理顛覆性新興科技,從而更加從容地面對這個科技全面爆發的時代。

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圖 | EmTech China 全球新興科技峰會往屆現場

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