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微型机器人很快就能提供有针对性的药物输送

来自加州理工大学工程和应用科学部的研究人员已经开发出微型机器人,可以很快将药物输送到不需要手术就很难到达的身体部位。此外,微型机器人在体内的活动可以通过传感器从体外进行监控。

他们的研究题为“一个由光声断层扫描引导的微型机器人系统,用于体内肠道定向导航”,昨天发表在最新一期的《科学机器人》杂志上。

Christoph Burgstedt_Shutterstock

加州理工大学布伦医学工程和电气工程教授、该研究的主要作者王立宏在一份声明中说:“微型机器人的概念真的很酷,因为你可以把微机械技术应用到你需要的地方。可能是药物输送或预先设计的显微手术。”

王和医学工程助理教授魏高一起进行了这项研究,目前他们都将微型机器人变成了治疗消化系统癌症的设备。研究小组的其他作者包括吴志光、李磊、杨一然、杨丽等,以及圣路易斯华盛顿大学的胡鹏。

研究小组解释说,他们的微型机器人实际上是镁的微小球体。这些小镁球上覆盖着一层薄薄的金和聚对苯二甲酸,使它们能够抵抗消化酶和酸。

并不是所有的球都被涂层覆盖。未暴露的部分用作舷窗。这个洞里的镁与消化道里的液体相互作用,产生小气泡。这些气泡推动小球向前运动,并将其带到附近的组织中。

球的这种运动是无目的的,但是为了使这些运动成为目标,使球到达研究人员想要它们去的地方,研究小组做了一些修改。首先,他们在镁球和聚对二甲苯之间添加了一层药物。整个微球都被石蜡覆盖,以防止胃酸进入。

王和高接着将光声计算机断层扫描技术(PACT)连接到球上,该技术利用红外激光脉冲帮助球到达正确的位置。微型机器人发出的红外线很容易通过组织扩散到红细胞中的血红蛋白中。

结果,血红蛋白分子开始振动并发出超声波。这些超声波是由身体外部的装置接收的,这些装置利用超声波来计算身体内部的图像。

王和他的同事以前用过PACT来鉴别体内的某些肿瘤,包括乳腺肿瘤。

在这项研究中,研究人员利用PACT对人体内部进行成像,并为微型机器人找到到达药物作用点的路径。一旦微型机器人从外部到达消化道内的肿瘤部位,研究人员提供了一个高功率连续波近红外激光束来激活它们。

当微型机器人吸收红外线光束时,它们会被加热,并融化上面的蜡涂层。接下来,喷气式飞机从舷窗冒出,推动微型机器人前进。

由于小球在作用部位,许多球实际上会撞击肿瘤组织并释放出活性药物。研究人员写道,小球粘在组织上,药物从组织中释放出来。

这些微电机可以穿透消化道的粘液并在那里停留很长时间。这提高了药物的供给。但是因为它们是由镁制成的,所以它们具有生物相容性和生物可降解性。”

魏高

高和王已经成功地在动物模型上试验了他们的装置,并希望很快进行人体临床试验。

他们还计划开发和使用这些微型机器人来治疗身体其他部位的肿瘤。王希望,PACT系统很快就可以发展到与微型机器人交互的程度,而且该设备也可以用于深层组织。

这项研究得到了美国国立卫生研究院和加州理工学院的Donna和Benjamin M.Rosen生物工程中心的支持。

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