用磁场做导航纳米机器人精准搏杀肿瘤细胞

2021-11-10 10:24:34 来源：科技日报

团队用靶向给药微纳米机器人在小鼠身上做了实验。他们用了乳腺癌细胞种植的皮下肿瘤模型，对30只小鼠跟踪了30天。团队发现，这种方法对小鼠肿瘤确有靶向杀伤作用，且对周围正常组织的影响最小。

上映于1966年的科幻电影《神奇旅程》，讲了这么一个故事：为给一名科学家实行高难度血管手术，5名医生被缩小成头发丝大小，置于针筒中，注射进他体内。5人驾驶着“潜艇”，躲过了免疫细胞的攻击，一路乘风破浪，成功完成任务。

50多年过去，当初的幻想，已经部分成为了现实。微纳米医疗机器人，就被认为是一种颇具前途的智能给药平台，目前被广泛用于肿瘤的靶向治疗。

近日，北京航空航天大学机械工程及自动化学院“卓越百人”副教授、博士生导师冯林课题组，研究出了一种新的更为智能的肿瘤靶向机器人。它有了伪装，还有了导航，能够在磁场的驱动下，精准抵达战场，投掷杀伤肿瘤的弹药。

让巨噬细胞吞下纳米药物，变身微纳米机器人

让纳米机器人装载药物，到达指定地点，定向治疗炎症或清除肿瘤，这是医学纳米技术的终极目标之一。但传统微纳米机器人在人体内的运动，其实靠的是分子之间的结合力，这是一种“被动靶向”，难免脱靶。“就好比我们知道，人群中具有某种特质的两类人可能会碰上。但茫茫人海中你最后碰上的是不是想要的人，其实要打一个问号。”冯林说。

而且，也如当初那部电影里所展示的，被注射进人体内的纳米机器人，稍有不慎，就会遭到兢兢业业工作的免疫细胞的攻击。

能不能让这类医疗机器人更为安全且精准地到达要去的地方？

2016年从日本回国后，冯林就一直思考这个问题。在北航机器人所的支持下，冯林和陈华伟老师合作申请获批了国家重点研发计划—机器人重大项目“靶向给药微纳米机器人”。在一次讨论中，陈华伟问可不可以让活细胞作为载体。这句看似很随意的提问提醒了冯林：直接让活的细胞吞进载药纳米颗粒变身微纳米机器人行不行？

他们想到了巨噬细胞——这是一种喜欢吞食并处理异物的细胞。

合适的载体和“伪装”找到了，接下来，就是设计机器人的“导航系统”。

磁性纳米颗粒可以由磁场来控制，药物释放可以利用红外或者超声波。几乎是从零开始，冯林团队自行设计了复合磁控系统。他们从电子线圈开始设计，一点点调整、摸索技术参数。磁性纳米颗粒进入小鼠体内后，通过这套系统，他们可以在体外对其行走路径进行高精度控制。

再接下来，就是让磁性纳米颗粒装载药物，并让它在合适地点，通过合适方式，释放药物。

这款机器人其实设计有许多层。在阿霉素外层，是聚乙二醇，一种具有良好水溶性的高分子化合物；再外一层，是吲哚菁绿，它是药物研究中常用的荧光标记物，帮助科研人员判断机器人所在的位置。最后他们还包裹了一层脂质体，它具有非常高的生物相容性。

团队还为机器人设计了一个开关——近场红外光。近红外光穿透表层皮肤，磁性纳米颗粒吸收光线，产生热量，会释放出阿霉素。

如此一来，纳米机器人基本实现“指哪打哪”的效果。

“接收指令，执行指令，完成任务，在我们做机械的人眼中，具备这些能力的，才是智能的机器人。”冯林说。

9月，纳米科学领域权威期刊《小》（Small）以封面文章的形式报道了课题组的研究成果。