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日前從哈爾濱工業大學獲悉，由哈爾濱工業大學與哈爾濱醫科大學科研人員聯手合作開發的一款仿水熊蟲醫用微納機器人，初步實現了在靜脈血高速流環境中可控運動，并能在靜脈血流中駐停時間達３６小時以上。
相關研究結果日前在線發表于最新一期《科學進展》上。同時，國際著名《自然》雜志以《仿水熊蟲爪形結構為游動微納機器人提供抓地力》為研究亮點，進行了報道和點評。專家認為，此項成果今后如能完成臨床轉化，可望顯著提高藥物靶向遞送效率，為降伏胰腺癌、胰腺炎及其他各種腫瘤疾病帶來光明前景。
專家介紹，常規的藥物遞送如打針、吃藥、靜點等，都是藥物分子或載體在血液等流體中擴散進行的，這些藥物分子或載體隨血流等生物流體而擴散，遞運效率低下，且毒副反應比較重。有學者對最近３０年來的藥物傳送方式做出了統計，發現輸送１２小時后，到達目的地的藥物尚不到１％。這意味著絕大部分藥物已在“郵路”上丟失了。當前，發展勢頭正猛的微納機器人憑借其體積小、質量輕、推重比大、可穿越多道生物屏障阻隔的優勢和特點，在生物醫學、抗腫瘤靶向用藥遞送、化驗檢測等領域已逐漸嶄露頭角。
但如何確保微納機器人在血流高速沖刷下站穩腳跟及自如驅動？怎樣構筑牢固的藥物運輸“通道”，實現循環系統內靶向釋放？這些問題仍是醫學界面臨的重大挑戰。
在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等諸多項目的支持下，哈爾濱工業大學機器人技術與系統全國重點實驗室團隊與哈爾濱醫科大學附屬第一醫院普外科專家聯手合作，共同開展了《可在血管中靶向駐停的仿水熊蟲醫用微納機器人》研究，成功設計出了仿水熊蟲醫用微納機器人。
這種機器人有著水熊蟲一樣的“爪子”，可顯著提升微納機器人的驅動效率，讓機器人“跑得更快”。科研人員利用醫學光學相干斷層成像技術檢測發現，直徑２０微米的機器人能在２００００微米／秒的靜脈血流環境中高效運動；為讓機器人“停得住”，研究團隊還利用多磁場復合調控技術，得以讓微納機器人在生物組織表面長時間停留并釋放靶向藥物。
據了解，常規的藥物遞送大都是通過口服或輸液的方式以藥物分子或載體在血液等流體中進行擴散，不僅遞運效率低下，而且對肝腎的損傷比較大。哈工大醫學與健康學院吳志光教授介紹，有研究對最近３０年來的藥物遞送效率做出了統計，發現目前絕大多數藥物在病灶區域的遞送效率僅為０．７％，如何讓藥物在病灶區域有效駐停成為一直以來逆血流研究領域的難點。
細胞復蘇、待傳與凍存實驗
當前，微納機器人憑借其體積小、質量輕、推重比大等特點，在藥物靶向遞送領域具有很好的發展前景。然而，多年來卻因面臨如何實現在血液高流速環境下高效驅動、如何實現循環系統內靶向釋放等挑戰而無法在醫學上應用。
針對上述問題，研究團隊設計了一種仿水熊蟲醫用微納機器人，可以讓機器人“跑得更快”，其模仿緩步動物水熊蟲利用爪子在動態環境中的運動方式設計了爪形表面結構，以提高微納機器人的驅動效率，實現了讓直徑２０微米的機器人可在２００００微米／秒的靜脈血流環境中高效運動。
為讓機器人“停得住”，研究團隊通過多磁場復合調控技術，實現了微納機器人在生物組織表面可控駐停及藥物靶向釋放，駐停時間大于３６小時。
哈工大機電學院李天龍教授在接受記者采訪時介紹，過去微納機器人只能實現藥物在毛細血管內的遞送，９９％以上的的藥物順流而下，并未有效到達病灶區域。而研究團隊開發的微納機器人其創新之處在于，實現了在靜脈血管內的可控運動和駐停，使藥物既能順流而下，又能逆流而上，還能橫穿血流，最終達到病灶區域，從而顯著提高藥物的遞送效率，降低藥物使用的劑量以及對肝腎的損傷。李天龍教授說，微納機器人在靜脈內驅動及駐停的實現，為破解藥物有效遞送難題提供了一個新的方法和思路。
據悉，此項研究成果今后如能完成臨床轉化，可望顯著提高藥物靶向遞送效率，為惡性腫瘤等疾病的精準治療帶來光明前景。
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