科技前沿/微纳米机器人 血管逆流送药

　　图：李天龙教授（左）指导科研人员进行系统操作。/大公报记者王欣欣摄

　　如何破解“提高药物靶向递送效率”这一世界难题？近日，哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室、哈尔滨医科大学第一附属医院等联合开发出仿“水熊虫”医用微纳机器人，可实现在静脉血高速流环境中可控运动及靶向驻停，实现“血管逆流送药”，标靶治癌精准投放。/大公报记者 王欣欣

　　相关成果以《可在血管中靶向驻停的仿水熊虫医用微纳机器人》为题，发表在《科学进展》上。同时，《自然》杂志以《仿水熊虫爪形结构为游动微纳米机器人提供抓地力》为题将该成果作为研究亮点进行报道。

　　研发团队成员、哈尔滨工业大学医学与健康学院教授、博士生导师吴志光生动解释了药物递送的问题。他介绍，目前治疗肿瘤的靶向药，都是基于分子生物学的想法，研制药物治疗病灶。但在血管环境里循环，一个药物分子和药物载体都是纳米单位，而血液流速是厘米和毫米级别。药物无法停留在病灶，且一旦随血液流动错过病灶，无法“逆流返回”。这就使得患者不得不大剂量服用药物，来提升药物治疗效果。“我们团队的研发目标就是用物理方法，把药物随波逐流被动递送，变成主动在血液里跑。”

　　向水熊虫“取经” 不随波逐流

　　一方面，该研究可显著提高药物靶向递送效率，大大减少患者的药物服用剂量，降低治疗费用和对身体的伤害性，为恶性肿瘤精准治疗提供新思路；另一方面，通过物理方法实现控制药物到达病灶位置，无论什么类型癌症，对我们来讲都是一个位置问题，治疗方案就只需考虑药物对肿瘤细胞的病灶作用，吴志光教授介绍，这一成果大大提高了治疗药物的广谱性，节省大量人力资金的研发投入。

　　仿水熊虫微纳机器人凭借其体积小、质量轻等特点，在药物靶向递送领域具有很好的发展前景。然而，多年来却因面临如何实现在血液高流速环境下高效驱动、如何实现循环系统内靶向释放等挑战而无法在医学上应用。

　　直径20微米 驻停逾36小时

　　哈尔滨工业大学机电学院教授李天龙表示，目前国际现有的微纳机器人技术，只能在人体血管运送末端的毛细血管中运动，在药物递送中也只占1%的位移距离，99%递送路程的静脉中，只能实现“顺流而下”。跟毛细血管相比，静脉血管流速要高10-100倍左右。我们研发的最大突破是微纳机器人可以在静脉血管中运动，实现了让直径20微米的机器人可在20000微米／秒的静脉血流环境中可控高效运动，可以“逆流而上”，还可以横穿。

　　李天龙介绍，研究团队以仿生学原理设计了一种仿水熊虫医用微纳机器人。因为血管又软又粗糙，我们发现自然界中水熊虫这类虫子，其特点就是不仅有附肢还有爪子，可以牢固抓地，机器人模仿缓步动物水熊虫利用爪子在动态环境中的运动方式设计了爪形表面结构，以提高微纳机器人的驱动效率。为让机器人“停得住”，团队通过多磁场复合调控技术，实现了微纳机器人在生物组织表面可控驻停及药物靶向释放，通过在兔子身上的实验结果，驻停时间大于36小时，使治疗效果获得了很大的提升。

　　李天龙教授对记者说，“从2018年开始的，我们大概历时四年左右才完成这个研究工作，目前还是处在一个实验室的理论技术阶段，下一步还要经过不断完善，进行临床前实验、临床实验等等一系列过程，才能真正实现应用。”