未来,微型机器人或将成为解决中风治疗等问题的关键手段。
苏黎世联邦理工学院团队已开发出磁性微机器人,能够将药物直接递送至人体内的特定靶点。
当前的中风治疗需要给患者注射大剂量溶栓药物,但这些药物会扩散至身体其他部位,引发内出血等额外并发症。
因此,该团队专注于开发微机器人,将药物精准输送至特定部位——例如直接送达引发中风的血栓处。这种方法可限制附带副作用并改善患者健康状况。
导航机制
新型微机器人由微型球形胶囊构成,表面包裹可溶性凝胶外壳。
胶囊内含氧化铁纳米粒子,使微机器人能通过外部磁场进行操控和引导。
此外,钽纳米粒子作为造影剂,使医生能通过X射线成像追踪微机器人在体内的行进轨迹。
为克服血流速度变化实现精准操控,研究人员开发了模块化电磁导航系统。
该系统融合三种磁控策略,其中一种可使胶囊以每秒4毫米的速度高精度沿血管壁滚动。
这种集成方案确保了高效控制,在测试案例中成功将药物递送至目标位置的比例超过95%。
苏黎世联邦理工学院微机器人研究专家布拉德利·尼尔森教授表示:"磁场和梯度场特别适用于微创手术,因为它们能深入人体组织——至少以我们使用的强度和频率而言——不会对身体产生有害影响。"
模型递送测试
胶囊装载活性药物(如溶栓剂),通过高频磁场加热磁性纳米粒子使凝胶外壳溶解而释放药物。
微机器人通过特制导管递送,该导管能精准地在靶点附近释放胶囊。
实验室测试中,研究团队开发了高度仿真的硅胶模型以模拟人类及动物血管。实验表明,微机器人成功定位并溶解了血栓。
完成模型测试后,团队推进至活体实验,在猪体内及羊脑脊液等复杂环境中成功操控微机器人。
首席作者法比安·兰德斯表示:"这种复杂解剖环境蕴含巨大的治疗潜力,因此当我们看到微机器人也能在此环境中自主寻路时感到无比振奋。"
肿瘤靶向治疗
虽然最初聚焦中风治疗,但这些微机器人同样为局部感染或肿瘤的靶向治疗带来希望。
研究团队始终致力于尽快将医疗机器人投入手术室应用,下一阶段目标是快速启动人体临床试验。
兰德斯总结道:"医院医生已做得非常出色。驱动我们的动力在于,我们掌握的技术能更快更有效地帮助患者,通过创新疗法给予他们新希望。"
全球每年约1200万人遭受中风侵袭,常导致死亡或永久残疾;若微机器人技术得到广泛应用,将有望在全球范围内挽救生命。
该研究已于11月13日发表在《科学》期刊。
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