圖：李天龍教授（左）指導科研人員進行系統操作。
如何破解「提高藥物靶向遞送效率」這一世界難題？近日，哈爾濱工業大學機器人技術與系統全國重點實驗室、哈爾濱醫科大學第一附屬醫院等聯合開發出仿「水熊蟲」醫用微納機器人，可實現在靜脈血高速流環境中可控運動及靶向駐停，實現「血管逆流送藥」，標靶治癌精準投放。
相關成果以《可在血管中靶向駐停的仿水熊蟲醫用微納機器人》為題，發表在《科學進展》上。同時，《自然》雜誌以《仿水熊蟲爪形結構為游動微納米機器人提供抓地力》為題將該成果作為研究亮點進行報道。
研發團隊成員、哈爾濱工業大學醫學與健康學院教授、博士生導師吳志光生動解釋了藥物遞送的問題。他介紹，目前治療腫瘤的靶向藥，都是基於分子生物學的想法，研製藥物治療病灶。但在血管環境裏循環，一個藥物分子和藥物載體都是納米單位，而血液流速是厘米和毫米級別。藥物無法停留在病灶，且一旦隨血液流動錯過病灶，無法「逆流返回」。這就使得患者不得不大劑量服用藥物，來提升藥物治療效果。「我們團隊的研發目標就是用物理方法，把藥物隨波逐流被動遞送，變成主動在血液裏跑。」
向水熊蟲「取經」 不隨波逐流
一方面，該研究可顯著提高藥物靶向遞送效率，大大減少患者的藥物服用劑量，降低治療費用和對身體的傷害性，為惡性腫瘤精準治療提供新思路；另一方面，通過物理方法實現控制藥物到達病灶位置，無論什麼類型癌症，對我們來講都是一個位置問題，治療方案就只需考慮藥物對腫瘤細胞的病灶作用，吳志光教授介紹，這一成果大大提高了治療藥物的廣譜性，節省大量人力資金的研發投入。
仿水熊蟲微納機器人憑藉其體積小、質量輕等特點，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。
直徑20微米 駐停逾36小時
哈爾濱工業大學機電學院教授李天龍表示，目前國際現有的微納機器人技術，只能在人體血管運送末端的毛細血管中運動，在藥物遞送中也只佔1%的位移距離，99%遞送路程的靜脈中，只能實現「順流而下」。跟毛細血管相比，靜脈血管流速要高10-100倍左右。我們研發的最大突破是微納機器人可以在靜脈血管中運動，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可控高效運動，可以「逆流而上」，還可以橫穿。
李天龍介紹，研究團隊以仿生學原理設計了一種仿水熊蟲醫用微納機器人。因為血管又軟又粗糙，我們發現自然界中水熊蟲這類蟲子，其特點就是不僅有附肢還有爪子，可以牢固抓地，機器人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。為讓機器人「停得住」，團隊通過多磁場複合調控技術，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，通過在兔子身上的實驗結果，駐停時間大於36小時，使治療效果獲得了很大的提升。
李天龍教授對記者說，「從2018年開始的，我們大概歷時四年左右才完成這個研究工作，目前還是處在一個實驗室的理論技術階段，下一步還要經過不斷完善，進行臨床前實驗、臨床實驗等等一系列過程，才能真正實現應用。」
