加州理工微机器人体内实时成像调控并治疗疾病

来源:知社学术圈

想象一下,未来某天我们会制造出如细胞般大小,具有微纳米尺度的马达、汽车、飞机、潜水艇、甚至机器人。这些微纳米尺度的马达或机器人可以在我们的血液中游弋,携带药物运动到病患区域、最终治疗威胁人类生命的疾病。

今年,加州理工学院高伟(Wei Gao)教授研究团队和汪立宏(Lihong V。 Wang)教授研究团队设计的可在肠道内实时定位并控制的微米机器人系统,正在向这些科幻作品中的情节一步步靠近……

这项合作完成的突破今天以An ingestible microrobtic system using photoacoustic imaging for targeted navigation in intestine为题,发表于Science Robotics,引起微纳机器人界的广泛关注。

常规的药物递送主要依靠血液循环运输完成,这种被动扩散方法受到多重生物屏障的阻碍不但导致有效剂量严重不足同时引发全身性的毒副作用,难以完成精准药物递送的需求。微纳机器人因其可在生物流体中进行可控自主运动,被认为是靶向药物递送的理想方案。但是,对于微纳机器人的实际医学应用,如何让微纳机器人实现在体内实时成像与控制仍然面临着挑战。 

面对微纳机器人体内深层组织下实时成像与控制的难题,Science Robotics今天上线的这篇论文,介绍了加州理工学院高伟教授团队与汪立宏教授研究团队合作的最新研究成果,该研究成果为解决微纳米机器人生物医疗中体内成像和控制的瓶颈难题提供了思路。

研究团队设计了基于光声断层扫描技术实现动物体内实施成像并控制的微机器人系统。他们将微米机器人包裹于具有保护层的微胶囊内以免于胃酸等流体的侵蚀,借助光声断层成像技术,包裹在微胶囊内的载药微纳机器人可在动物体内的实时定位,当微机器人胶囊抵达体内病患区域(比如肠道肿瘤)时,外源近红外光可以穿透深层组织并引发胶囊破裂从而释放微机器人。释放出的微机器人依靠其高效游动可穿越生物屏障最终实现在病患区域的滞留和持久的药物传递。

高伟教授认为,这种微米机器人可以穿透消化道的粘液并在那里停留很长时间。这有助于提高药物的供给,由于这种微米机器人主要由镁组成,因此具有生物相容性和生物可降解性。我们设想构建到达患病区域后可按需激活微型机器人,下一步的研究将着力于这种机器人的治疗效果。(“These micromotors can penetrate the mucus of the digestive tract and stay there for a long time。 This improves medicine delivery, but because they‘re made of magnesium, they’re biocompatible and biodegradable。 We demonstrated the concept that you can reach the diseased area and activate the microrobots。 The next step is evaluating the therapeutic effect of them。

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