【摘要】 MIT团队发明受磁场操控的微型机器人 输送效率大幅提升
纳米颗粒药物可以在血液中穿梭，直达病灶，实现精准靶向给药，在治疗肿瘤等疾病上潜力巨大。但受到血流阻力和血管壁阻碍，相关研究一直面临着药物输送困难的问题，现有技术尚未完全发挥纳米颗粒的最大价值。
因此，如何让更多的药物穿过血管，并且在正确的位置聚集，是很多团队的研究重点。
最近，麻省理工学院(MIT)的工程师们设计出了一种微型机器人，由 3D 打印而成，其大小和细胞类似，整体呈螺旋结构，表面涂有镍钛双涂层，可以通过外部磁场控制。
在磁力的帮助下，它们能够克服血流阻力，穿越血管壁，向肿瘤等病变组织输送纳米颗粒药物，实现精准而深入的药物输送，效果是普通输送方法的两倍。研究团队还尝试了天然存在的趋磁细菌，也实现了类似的效果。
图 | 微型机器人(左上)和趋磁细菌(右上)(来源：MIT)
未来，他们将尝试输送更大的纳米颗粒，还计划展开动物实验，进一步探索提升药物输送效率的方法。
研究团队的负责人是麻省理工学院的 Sangeeta Bhatia教授和苏黎世联邦理工学院助理教授(前麻省理工学院博士后)Simone Schuerle。研究成果发表于《科学进展》期刊上。
“人造鞭毛”
为了解决药物输送困难的问题，研究团队将目光转向了微型磁性机器人，探索磁场和磁力能否用来提高药物的传输效率。
研究人员首先使用了高分辨率 3D 打印技术，制造出长度约为 36 微米，体积只有细胞大小的微型机器人(微米级别)，从而保证它能够穿过血管。
他们借鉴了细菌的移动机制，将机器人的形状确定为螺旋状，并称其为“人造细菌鞭毛(ABF)”——一些细菌身上长有数量不等的鞭状螺旋形细丝，被称为“鞭毛”，可以帮助自身移动。这种螺旋形状可以帮助机器人更好地在血液中移动。
最后他们在机器人的表面涂上了镍钛双涂层，使其具有磁性，能够通过外部磁场控制。
图 | 3D 打印的螺旋体，可以在磁场的控制下移动(来源：MIT)
为了测试机器人能否“掌控”周围的纳米颗粒，研究团队开发了一种模拟肿瘤周围血管的微流体系统(模型)。该系统中的血管通道宽度在 50 到 200 微米之间，内部覆盖有凝胶，上面还有不规则分布的孔洞，用来模拟肿瘤附近的破裂血管。
他们使用磁铁控制机器人的行动，使其在通道中旋转和移动。机器人的移动方向经过特殊设计，正好与液体流动方向相反， 因此两者形成了对流，机器人也可以保持在特定位置。随后，对流会将大小约 200 纳米的聚苯乙烯颗粒推向模型中的目标组织。
实验结果显示，在微型机器人的帮助下，纳米颗粒渗入组织的深度是没有帮助时的两倍，输送效率大幅提升。
图 | 在体液流动中保持位置的微型机器人，其背后是纳米级聚苯乙烯颗粒(来源：MIT)
这样的药物输送模式有望与支架结合。静止的支架可以成为很好的目标，适合作为磁场的瞄准对象，然后用微型机器人输送药物，缓解支架部位出现的发炎等症状。
趋磁细菌
除了微型机器人，研究团队还尝试了另一种办法：利用磁场操控自然界中存在的趋磁细菌，用它们输送药物颗粒。他们使用的细菌名为Magnetospirillum magneticum，可以天然生成氧化铁链，用来帮助自身定位和寻找合适的环境。
如果将这些细菌放入微流体模型中，再在特定方向上施加旋转磁场，它们就会同步旋转并沿相同方向移动，同时拉扯和带动周围的纳米颗粒，使其渗入目标组织。
结果显示，在趋磁细菌的帮助下，纳米颗粒的渗入速度是普通状态下的三倍。
图 | 趋磁细菌可以带动周围的纳米颗粒(来源：MIT)
研究人员表示，相比微型机器人，使用天然细菌输送药物更适用于治疗肿瘤等疾病，因为病灶区域的视觉反馈信息难以获取。
值得一提的是，实验之中使用的纳米颗粒足以携带大量有效药物或成分，不仅可以针对肿瘤，还可以用于 CRISPR 基因编辑技术，具有很强的拓展性。
未来，研究团队计划在动物模型上展开实验，探索两种方法的可行性，希望有朝一日可以用来帮助治疗人类的疾病。