微機(jī)器人利用磁力將納米粒子送入腫瘤

麻省理工學(xué)院的研究人員利用磁力作為一種新型的微型機(jī)器人運輸方法，可以將納米粒子送到體內(nèi)病變部位進(jìn)行靶向治療。研究人員發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域特別有用，它們正在創(chuàng)造微小的裝置，這些裝置可以進(jìn)入人體并執(zhí)行以前侵入性或效果較差的任務(wù)。其中之一是靶向藥物遞送到身體中的位置 - 例如癌癥腫瘤 - 需要愈合。他們說，這是麻省理工學(xué)院新研究的重點領(lǐng)域，工程師設(shè)計的微型機(jī)器人可以幫助藥物輸送納米粒子直接進(jìn)入腫瘤或其他疾病部位。

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研究人員在使用納米粒子提供藥物時面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是讓粒子離開血管并在正確的地方組裝以執(zhí)行他們指定的任務(wù)。他們說，由麻省理工學(xué)院團(tuán)隊開發(fā)的磁性微型機(jī)器人 - 受到細(xì)菌推進(jìn)的啟發(fā) - 可以幫助研究人員克服這一挑戰(zhàn)。

“通過生理障礙阻礙了納米粒子向納米粒子的傳播，這受到生理障礙的阻礙，”麻省理工學(xué)院前麻省理工學(xué)院博士后現(xiàn)任蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院健康科學(xué)與生物學(xué)系教授的Simone Schurle告訴Design新聞。“作為一名機(jī)械工程師，我很想想我們?nèi)绾螢樗幬锏倪\輸提供動力......從外部添加能量以幫助納米顆粒進(jìn)入目標(biāo)部位的方法。“

在大多數(shù)先前使用納米粒子靶向體內(nèi)疾病部位的研究中，研究人員試圖找到被“滲漏”血管(如腫瘤)包圍的部位，這使得更容易將顆粒送入組織。

使用磁性

舒爾采取了不同的方法。她使用磁力，她說這是一種非侵入性提供能量的理想方式，她開發(fā)了微型磁性機(jī)器人，同時還是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院布拉德·尼爾森多尺度機(jī)器人實驗室的研究生，可以“推動周圍的液體將納米粒子推入組織，她說。

Schurle說，2014年，她來到麻省理工學(xué)院，在衛(wèi)生科學(xué)與技術(shù)，電氣工程和計算機(jī)科學(xué)教授Sangeeta Bhatia的實驗室里，用這些機(jī)器人進(jìn)一步推動他們的研發(fā)，以便更大量地輸送液體。

機(jī)器人本身 - 研究人員稱之為“人造細(xì)菌鞭毛” - 長度為35百分之一米，大小與單個細(xì)胞相似。它們由一個微小的螺旋組成，類似于許多細(xì)菌用來推動自身的鞭毛，研究人員通過施加外部磁場來控制它們。機(jī)器人使用高分辨率3D打印機(jī)制造，然后涂上鎳，使其具有磁性。該團(tuán)隊在“科學(xué)進(jìn)步”雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于其工作的論文。

為了測試單個機(jī)器人控制附近納米粒子的能力，研究人員創(chuàng)造了一種模擬腫瘤周圍血管的微流體系統(tǒng)。他們在他們的系統(tǒng)中排列了通道，其寬度在50到200微米之間，凝膠上有一個孔，可以模擬腫瘤附近看到的破裂血管。

Schurle解釋說，研究人員測試了兩種不同類型的磁力驅(qū)動策略，以引入局部流體力，從而增強(qiáng)納米粒子向患病組織的轉(zhuǎn)運。

“第一個使用人工螺旋形游泳運動員，通過旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)推動納米粒子，其尾流朝向血管邊緣并進(jìn)入組織，”她說。“第二種方法采用密集的天然磁性細(xì)菌群，并利用旋轉(zhuǎn)磁場覆蓋它們的自然運動，使它們旋轉(zhuǎn)并一起移動，將周圍的流體推向受控的方向。”

研究人員在模型血管中結(jié)合使用計算機(jī)建模和實驗，以更好地了解機(jī)器人如何工作的細(xì)節(jié)和細(xì)節(jié)，測試各種策略并測量它們?nèi)绾斡绊懭嗽煅芡?00納米熒光“虛擬”納米粒子的積累她補(bǔ)充道。

Schurle和她的合作者Bhatia計劃繼續(xù)探索和推進(jìn)兩種機(jī)器人傳送系統(tǒng)的方法，這樣他們最終可以在動物模型中進(jìn)行真實病人情景測試，她說。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。