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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)手合作開發(fā)的一款仿水熊蟲醫(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)，國際著名《自然》雜志以《仿水熊蟲爪形結(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光明前景。
專家介紹，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？這些問題仍是醫(yī)學(xué)界面臨的重大挑戰(zhàn)。
在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(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)院普外科專家聯(lián)手合作，共同開展了《可在血管中靶向駐停的仿水熊蟲醫(yī)用微納機(jī)器人》研究，成功設(shè)計(jì)出了仿水熊蟲醫(yī)用微納機(jī)器人。
這種機(jī)器人有著水熊蟲一樣的“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)而無法在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿水熊蟲醫(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)通過多磁場復(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，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)治療帶來光明前景。
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