在血管中“逆流而上”精确导航 微型机器人“定点送药”实现靶向治疗
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2025-11-14 11:15:59
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科技日报记者 张梦然

医学界长期以来一直致力于开发能精准递送药物的微型机器人技术,以实现靶向治疗。现在,瑞士苏黎世联邦理工学院研究团队研发出一种微型机器人,它能在血管中“逆流而上”精确导航。动物实验中,团队在猪体内和绵羊的脑脊液中验证了系统的有效性,为治疗神经系统等多种疾病提供新思路。相关成果发表于新一期《科学》杂志。

微型机器人。图片来源:瑞士苏黎世联邦理工学院

全球每年有约1200万人因中风而遭受健康威胁,其中许多人因此死亡或留下永久性损伤。目前治疗中风的主要方法是使用溶栓药物来溶解阻塞血管的血栓。然而,为确保足够剂量到达病灶,往往需要大剂量给药,这可能导致严重的副作用。

鉴于此,团队研发了一种微型机器人,它实际上是一种球形胶囊,由可溶性凝胶外壳构成,内部嵌入了氧化铁纳米颗粒,使其具备磁性,从而能通过外部磁场进行操控和引导。由于人脑血管极为细小,如何在如此微小的结构中集成足够的磁性材料成为一个技术难点。

此外,胶囊还需具备在X射线下可见的特性。团队选用了高密度的钽纳米颗粒作为造影剂,但其重量较大,增加了控制难度。将磁性响应、成像可见性与精确操控能力集于一体,需要材料科学与机器人工程的高度协同,研究团队历经多年努力才最终实现这一目标。

团队还开发了一套模块化电磁导航系统,融合了3种不同的磁导航策略:利用旋转磁场使胶囊沿血管壁滚动,实现高精度移动;通过磁场梯度引导,实现定向输送,甚至可“逆流”行进,应对最高达每秒20厘米的血流速度;当遇到血管分叉等复杂结构时,采用流入导航策略,利用指向血管壁的磁梯度将胶囊引入目标分支。

这3种策略的结合,使微型机器人能够在多种血流条件和解剖结构中稳定运行,在超过95%的测试案例中成功将药物送达指定位置。

在模型和动物实验中,团队证实该微型机器人不仅能被精准引导,还能够携带治疗所需的药物,如溶栓剂、抗生素或抗癌药物,在到达目标位置后释放。药物的释放机制依赖于高频磁场加热内部的磁性纳米颗粒,使凝胶外壳溶解,从而释放有效成分。

未来,该微型机器人平台可拓展至局部感染、肿瘤等疾病的靶向治疗。

总编辑圈点

简单说,这就是一个非常聪明的“定点送货”技术,能让药物指哪打哪,是未来医学发展的一个大方向,潜力无限。以后治疗中风这类疾病,可能只需要很少的药量,效果更好,而且大大减少了药物对身体其他部位的伤害和副作用。这也为治疗许多疑难杂症打开了新大门,不仅是中风,未来对付脑肿瘤、颅内感染等疾病,都可能用这种“快递小船”把抗癌药、抗生素直接送到以前的大脑“禁区”,实现精准医疗。

编辑:王友振

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