近日，我校生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)學(xué)部、機器人技術(shù)與系統(tǒng)全國重點實驗室吳志光教授聯(lián)合研究團隊開發(fā)出一種自適應(yīng)磁控納米機器人平臺，可在外部磁場驅(qū)動下形成渦旋狀、鏈狀和帶狀等多種群體運動模式，并在小鼠和非人靈長類動物體內(nèi)實現(xiàn)脊髓腔內(nèi)定向?qū)Ш剑瑸橹袠猩窠?jīng)系統(tǒng)疾病的精準遞藥與微納機器人醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化提供了新的技術(shù)思路。研究成果以《小鼠和非人靈長類動物的自適應(yīng)鞘內(nèi)納米機器人用于導(dǎo)航中樞神經(jīng)系統(tǒng)治療》（Adaptive intrathecal nanorobotics in mice and nonhuman primates for navigated CNS therapy）為題發(fā)表于《科學(xué)進展》（Science Advances）。

面向中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的微納機器人非人靈長類動物活體內(nèi)群體導(dǎo)航研究

中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療長期面臨“送不到、留不住、控不準”的難題。由于血腦屏障、血脊髓屏障以及脊髓腔復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)給藥方式往往難以將治療藥物精準遞送至病灶區(qū)域。面對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的精準遞送難題，研究團隊提出了一種仿生可重構(gòu)納米機器人復(fù)合體系。該體系由磁性納米顆粒、模型藥物、中性粒細胞膜來源囊泡以及干細胞來源外泌體等組分構(gòu)成，兼具磁響應(yīng)、仿生界面和藥物遞送功能。通過調(diào)控外部旋轉(zhuǎn)磁場的頻率和極化方式，納米機器人可在腦脊液環(huán)境中自組織形成不同形態(tài)的群體結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)脊髓腔內(nèi)狹窄、非均一且充滿神經(jīng)束的復(fù)雜空間。

微納機器人非人靈長類動物體內(nèi)控制系統(tǒng)（上），集群控制（中）與鞘內(nèi)控制（下）

研究顯示，在多種群體模式中，渦旋狀納米機器人群在鞘內(nèi)導(dǎo)航中表現(xiàn)出更優(yōu)的綜合性能。該模式能夠在腦脊液環(huán)境中形成高密度聚集，同時保持較好的運動穩(wěn)定性和方向可控性，有助于克服藥物被動擴散速度慢、空間靶向性不足等問題。相比鏈狀和帶狀群體結(jié)構(gòu)，渦旋群體更適合在厘米尺度脊髓腔和亞毫米級神經(jīng)束間隙中進行長距離遷移。

為驗證該平臺的體內(nèi)導(dǎo)航能力，研究團隊先后在脊髓損傷小鼠模型中開展實驗。結(jié)果表明，在機械臂輔助磁場驅(qū)動下，納米機器人可沿脊髓腔向損傷區(qū)域定向遷移，并顯著提高治療組分在中樞神經(jīng)系統(tǒng)病灶處的富集水平。與靜態(tài)鞘內(nèi)注射或靜脈注射相比，磁控渦旋導(dǎo)航能夠明顯提升靶向效率，并延長治療組分在體內(nèi)的滯留時間。更進一步，研究團隊在非人靈長類動物中搭建了結(jié)合醫(yī)學(xué)成像與機械臂輔助磁場等系統(tǒng)的鞘內(nèi)導(dǎo)航平臺。實驗顯示，納米機器人在磁場驅(qū)動下可從腰椎注射區(qū)域定向遷移。這一結(jié)果表明，該平臺不僅適用于小動物模型，也具有跨越從鼠類模型到人類尺度解剖差異的潛力，為未來臨床轉(zhuǎn)化提供了重要依據(jù)。

哈工大為論文第一單位。吳志光教授與中國人民解放軍總醫(yī)院張立海教授為論文共同通訊作者。生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)學(xué)部碩士研究生盧雨萌、蘇州大學(xué)范新建教授、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院主任醫(yī)師范成娟為論文共同第一作者，英國綜合癌癥中心與帝國理工大學(xué)、哈工大重慶研究院等單位學(xué)者參與本項研究工作。

該項目獲國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目、機器人技術(shù)與系統(tǒng)全國重點實驗室自主課題項目等資助。
來源：哈工大