血凝膠纖維機(jī)器人：腦內(nèi)的藥物“速遞達(dá)人”

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院實(shí)驗(yàn)室里，一根細(xì)長(zhǎng)的血凝膠纖維在磁場(chǎng)控制下靈活地扭動(dòng)、爬行。它穿過(guò)3D打印的腦溝回模型中的狹窄縫隙，在離體豬腦組織中蜿蜒前行，最終抵達(dá)預(yù)定目標(biāo)點(diǎn)。

當(dāng)高強(qiáng)度交變磁場(chǎng)啟動(dòng)，這根纖維瞬間崩解成微米級(jí)碎片，釋放出包裹其中的抗癌藥物。這是全球首個(gè)磁控血液凝膠纖維機(jī)器人的工作場(chǎng)景，一項(xiàng)來(lái)自深圳與香港科研團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新突破。

這種基于患者自身血液的微型機(jī)器人，為顱內(nèi)腫瘤精準(zhǔn)治療開(kāi)辟了全新路徑。

仿生機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

近日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》的研究帶來(lái)了解決之道。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深圳大學(xué)與香港中文大學(xué)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了磁控血液凝膠纖維機(jī)器人（BBHF）。

這項(xiàng)技術(shù)的核心創(chuàng)新在于三重“仿生術(shù)”。在材料選擇上，研究人員利用患者自身血液中的纖維蛋白為原料，通過(guò)仿生凝膠化技術(shù)，構(gòu)建出與腦組織力學(xué)性能高度匹配的柔性載體。

“BBHF保留了血液中天然纖維蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的生物相容性，可有效避免免疫排斥反應(yīng)。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院徐天添研究員解釋道。

這種血凝膠纖維直徑僅1毫米，以超柔性水凝膠為基體，彈性模量約100千帕——比腸道更柔軟，比軟骨更有韌性。這些特性使BBHF能像“軟體線(xiàn)蟲(chóng)”一樣，在比自身直徑還小的狹窄空間中穿行，又不會(huì)劃傷周?chē)M織。

腦脊液中的精準(zhǔn)導(dǎo)航

傳統(tǒng)顱內(nèi)藥物遞送多依賴(lài)血管系統(tǒng)，但血腦屏障的存在使這一路徑困難重重。研究團(tuán)隊(duì)突破性地選擇了腦脊液作為運(yùn)輸?shù)摹疤烊缓降馈保_(kāi)辟了一條全新路徑。

大腦皮層表面高度皺褶的解剖結(jié)構(gòu)與顱骨間僅存毫米級(jí)狹窄間隙，加之組織表面粘彈性特征顯著，構(gòu)成了兼具復(fù)雜三維地形與生物力學(xué)特性的極端運(yùn)動(dòng)環(huán)境。這對(duì)微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式、柔性適配性和組織安全性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的磁控策略完美解決了這一難題。“通過(guò)結(jié)合高精度的磁控系統(tǒng)及即時(shí)影像追蹤技術(shù)，血液凝膠纖維機(jī)器人可以在腦脊液等復(fù)雜環(huán)境中高效且精準(zhǔn)地導(dǎo)航至病灶。”徐天添表示。這項(xiàng)技術(shù)相當(dāng)于為血液凝膠機(jī)器人裝上了 ‘衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)’ ，實(shí)現(xiàn)真正的靶向給藥。

臨床應(yīng)用的前景與挑戰(zhàn)

這種創(chuàng)新性的磁控血液凝膠纖維機(jī)器人系統(tǒng)，融合了生物材料與智能微型機(jī)器人等多學(xué)科前沿技術(shù)。它充分體現(xiàn)了不同研究機(jī)構(gòu)在生物材料、軟體機(jī)器人及醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

“該研究為微型機(jī)器人在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)嵺`自動(dòng)化治療提供了一個(gè)新范例。”徐天添表示。

未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將聚焦于血液凝膠纖維機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)控制精度提升及治療功能增強(qiáng)，拓展其在復(fù)雜腦環(huán)境中的適應(yīng)能力。同時(shí)，積極推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化，讓更多顱內(nèi)腫瘤患者受益。

隨著科研團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制精度的持續(xù)優(yōu)化，這種融合了生物技術(shù)與工程創(chuàng)新的療法，有望為深部腦腫瘤患者帶來(lái)新的曙光。