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日前從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)與哈爾濱醫(yī)科大學(xué)科研人員聯(lián)手合作開(kāi)發(fā)的一款仿水熊蟲(chóng)醫(yī)用微納機(jī)器人，初步實(shí)現(xiàn)了在靜脈血高速流環(huán)境中可控運(yùn)動(dòng)，并能在靜脈血流中駐停時(shí)間達(dá)３６小時(shí)以上。
相關(guān)研究結(jié)果日前在線發(fā)表于最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。同時(shí)，國(guó)際著名《自然》雜志以《仿水熊蟲(chóng)爪形結(jié)構(gòu)為游動(dòng)微納機(jī)器人提供抓地力》為研究亮點(diǎn)，進(jìn)行了報(bào)道和點(diǎn)評(píng)。專(zhuān)家認(rèn)為，此項(xiàng)成果今后如能完成臨床轉(zhuǎn)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(lái)光明前景。
專(zhuān)家介紹，常規(guī)的藥物遞送如打針、吃藥、靜點(diǎn)等，都是藥物分子或載體在血液等流體中擴(kuò)散進(jìn)行的，這些藥物分子或載體隨血流等生物流體而擴(kuò)散，遞運(yùn)效率低下，且毒副反應(yīng)比較重。有學(xué)者對(duì)最近３０年來(lái)的藥物傳送方式做出了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)輸送１２小時(shí)后，到達(dá)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(dāng)前，發(fā)展勢(shì)頭正猛的微納機(jī)器人憑借其體積小、質(zhì)量輕、推重比大、可穿越多道生物屏障阻隔的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、抗腫瘤靶向用藥遞送、化驗(yàn)檢測(cè)等領(lǐng)域已逐漸嶄露頭角。
但如何確保微納機(jī)器人在血流高速?zèng)_刷下站穩(wěn)腳跟及自如驅(qū)動(dòng)？怎樣構(gòu)筑牢固的藥物運(yùn)輸“通道”，實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)靶向釋放？這些問(wèn)題仍是醫(yī)學(xué)界面臨的重大挑戰(zhàn)。
在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等諸多項(xiàng)目的支持下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院普外科專(zhuān)家聯(lián)手合作，共同開(kāi)展了《可在血管中靶向駐停的仿水熊蟲(chóng)醫(yī)用微納機(jī)器人》研究，成功設(shè)計(jì)出了仿水熊蟲(chóng)醫(yī)用微納機(jī)器人。
這種機(jī)器人有著水熊蟲(chóng)一樣的“爪子”，可顯著提升微納機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)效率，讓機(jī)器人“跑得更快”。科研人員利用醫(yī)學(xué)光學(xué)相干斷層成像技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，直徑２０微米的機(jī)器人能在２００００微米／秒的靜脈血流環(huán)境中高效運(yùn)動(dòng)；為讓機(jī)器人“停得住”，研究團(tuán)隊(duì)還利用多磁場(chǎng)復(fù)合調(diào)控技術(shù)，得以讓微納機(jī)器人在生物組織表面長(zhǎng)時(shí)間停留并釋放靶向藥物。
據(jù)了解，常規(guī)的藥物遞送大都是通過(guò)口服或輸液的方式以藥物分子或載體在血液等流體中進(jìn)行擴(kuò)散，不僅遞運(yùn)效率低下，而且對(duì)肝腎的損傷比較大。哈工大醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院吳志光教授介紹，有研究對(duì)最近３０年來(lái)的藥物遞送效率做出了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)目前絕大多數(shù)藥物在病灶區(qū)域的遞送效率僅為０．７％，如何讓藥物在病灶區(qū)域有效駐停成為一直以來(lái)逆血流研究領(lǐng)域的難點(diǎn)。
細(xì)胞復(fù)蘇、待傳與凍存實(shí)驗(yàn)
當(dāng)前，微納機(jī)器人憑借其體積小、質(zhì)量輕、推重比大等特點(diǎn)，在藥物靶向遞送領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。然而，多年來(lái)卻因面臨如何實(shí)現(xiàn)在血液高流速環(huán)境下高效驅(qū)動(dòng)、如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)靶向釋放等挑戰(zhàn)而無(wú)法在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用。
針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿水熊蟲(chóng)醫(yī)用微納機(jī)器人，可以讓機(jī)器人“跑得更快”，其模仿緩步動(dòng)物水熊蟲(chóng)利用爪子在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)了爪形表面結(jié)構(gòu)，以提高微納機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)了讓直徑２０微米的機(jī)器人可在２００００微米／秒的靜脈血流環(huán)境中高效運(yùn)動(dòng)。
為讓機(jī)器人“停得住”，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多磁場(chǎng)復(fù)合調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了微納機(jī)器人在生物組織表面可控駐停及藥物靶向釋放，駐停時(shí)間大于３６小時(shí)。
哈工大機(jī)電學(xué)院李天龍教授在接受記者采訪時(shí)介紹，過(guò)去微納機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)藥物在毛細(xì)血管內(nèi)的遞送，９９％以上的的藥物順流而下，并未有效到達(dá)病灶區(qū)域。而研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的微納機(jī)器人其創(chuàng)新之處在于，實(shí)現(xiàn)了在靜脈血管內(nèi)的可控運(yùn)動(dòng)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(dá)到病灶區(qū)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(duì)肝腎的損傷。李天龍教授說(shuō)，微納機(jī)器人在靜脈內(nèi)驅(qū)動(dòng)及駐停的實(shí)現(xiàn)，為破解藥物有效遞送難題提供了一個(gè)新的方法和思路。
據(jù)悉，此項(xiàng)研究成果今后如能完成臨床轉(zhuǎn)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(zhǔn)治療帶來(lái)光明前景。
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