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解决纳米药物输送难题,微型机器人或将带来革命性进展-郑州小程序开发

梦之网科技2019-10-03文章动态

1966 年 8 月 24 日,第一部关于利用微缩科技进入人体完成受损细胞修复的科幻片《神奇旅程》(Fantastic Voyage)上映。影片描述了 5 名医生被缩小成几百万分之一后置于胶片中,然后再被注射到一位科学家体内找到问题细胞为其进行脑部血管手术的故事。虽然影片的画面,以现在的眼光来看可称之为五毛钱特效,但其新颖的构思在当时可算颇具想象力。

如今,半个世纪过去了,随着科技的发展,很多影片里的猜想,现在都已实现。2019 年 4 月,麻省理工学院的工程师们宣布设计出了一种微型机器人,可以帮助输送药物的纳米粒子穿越血管壁,进入肿瘤或其他疾病部位

一直以来,纳米颗粒药物因为可以在血液中穿梭实现精准靶向给药,所以在治疗肿瘤等疾病上拥有着巨大潜力。但受到血流阻力和血管壁的阻碍,药物输送困难的问题让现有技术无法发挥出纳米颗粒的最大价值。为了解决这个难题,麻省理工学院的研究团队将目光转向了微型磁性机器人,探索磁场和磁力提高药物传输效率的可能性

在该研究中,研究员利用高分辨率 3D 打印技术,制造出了长度约为 35 微米,体积与细胞大小相似的微型机器人。与此同时,通过借鉴细菌的移动机制,研究员将该机器人的形状设定为螺旋状,以便帮助机器人更好地在血液里移动。最后他们在机器人的表面涂上了镍钛双涂层,使其具有磁性,能够通过外部磁场控制。

解决纳米药物输送难题,微型机器人或将带来革命性进展-郑州小程序开发

图 | 3D 打印的螺旋体,可以在磁场的控制下移动(来源:MIT)

为了测试单个机器人控制附近纳米粒子的能力,研究人员创建了一种模拟肿瘤周围血管的微流体系统(模型)。该系统中的血管通道宽度在 50 到 200 微米之间,内部覆盖有凝胶,上面还有不规则分布的孔洞,用来模拟肿瘤附近的破裂血管。他们使用外部磁铁施加磁力来控制机器人行动,使其在通道中旋转和移动。由于流体以相反的方向流过通道,机器人保持静止并产生对流电流,最后对流将 200 纳米的聚苯乙烯颗粒推向了模型中的目标组织。

实验结果显示,在微型机器人的帮助下,纳米颗粒渗入组织的深度是没有帮助时的两倍,输送效率大幅提升。而这样的药物输送模式有望与支架结合。静止的支架可以成为很好的目标,适合作为磁场的瞄准对象,然后用微型机器人输送药物,缓解支架部位出现的发炎等症状。

在这项研究中,前麻省理工学院博士后,苏黎世联邦理工学院助理教授,Simone Schuerle 正是该研究团队的负责人之一。当她在苏黎世联邦理工学院 Brad Nelson 教授的 Multiscale Robotics Lab 读研的时候,开始了对微型磁性机器人的研究。随后 2014 年,她作为博士后来到了麻省理工学院 Sangeeta Bhatia 教授的实验室,展开了对这种机器人是否有助于提高纳米颗粒的药物输送效率的研究。

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图 | Simone Schuerle

对于自己在科学领域的兴趣,Simone 曾在一次采访中表示,虽然很难回忆起最初的原因,但她从小就喜欢做各种实验,所以读到高中的时候,便选择了数学和物理作为自己的专业。在她看来,这些学科教会了她了解周围世界所需的基本知识。一直到大学期间,在听过一场关于微/纳米技术的介绍演讲后,便马上被吸引住。这场演讲向她打开了一个全新的物理和工程世界的大门。而在自己开始学习如何在如此小的尺度(比头发千分之一的宽度还要小)上创建系统时,便沉迷于此。

对于目前 Simone 的研究,主要涉及开发可应用于人体的微型系统,来帮助诊断或治疗某些疾病。Simone 表示,虽然自己主要从事合成材料的研究,但也开始利用合成生物学的方法来“定制”生物体,尤其关注它们在抗癌方面的作用。她希望能通过自己在磁性机器人方面的研究,为未来癌症的治疗铺平道路。

今年 7 月,作为世界经济论坛 2018 年度的青年科学家之一,Simone Schuerle 参加了在大连举办的第十三届夏季达沃斯论坛,在自己的研究领域进行了分享。5个月后,也就是今年 12 月,她将再度来到中国,参加 EmTech China 全球新兴科技峰会。届时,Simone 将继续和大家分享自己在微型机器人方面的研究进展,以及如何利用微型机器人完成精准靶向给药。让我们一起拭目以待。

作为全球顶级科技商业杂志《麻省理工科技评论》的著名会议品牌,EmTech 也是全球新兴科技领域最具影响力的大规模会议之一。2018 年,这场会议首次落地中国,以技术与商业的结合为主线,EmTech China 旨在通过演讲嘉宾的梳理与分享,帮助大家快速梳理颠覆性新兴科技,从而更加从容地面对这个科技全面爆发的时代。

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图 | EmTech China 全球新兴科技峰会往届现场

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药物
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微型机器人
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