北理工团队总结生物杂化微纳米机器人新进展，技术有望彻底改变医学

大数据文摘转载自机器人大讲堂

现如今，微型机器人早已不是科幻中的想象。每一种新科技的出现，似乎都包含着无限可能。

2月10日，来自北京理工大学的李金华教授团队总结了智能生物杂化微纳米机器人在人类医学应用中的最新进展。该篇论文发表在《Cyborg and Bionic Systems》期刊上，概述了如何设计和制造带有活体部件的微型机器人来有效地将药物输送到身体组织。

新兴的微型机器人领域包括研究和开发用于实际应用的微纳米尺度机器人。“这一新兴研究领域受到了越来越多的关注，尤其是在分子机器被选为 2016 年诺贝尔化学奖的主题之后，”李金华教授说。他们评述的生物杂化微型机器人既有生物成分，也有非生物成分。通常，人工载体会游泳或爬行，可以将活体组件运送到它们在人体中执行任务的地方。李金华教授还表示：“这些生物杂化微纳米机器人正在智能药物输送领域受到广泛研究，未来可以用于癌症和其他疾病的精准治疗。”

游动在身体里的“医生们”——生物杂化机器人

生物杂化微纳米机器人是由生物组件和人造组件组成的集成微型机器。它们可以具有板载驱动、传感、控制和执行多种医疗任务的优势，例如靶向药物输送、单细胞操作和细胞显微外科手术。

在论文中，研发团队将生物杂化微纳米机器人分为六个功能类别：基于白细胞的；基于红细胞的；基于微生物的；基于细胞膜的；基于DNA/酶的和基于精子的。

各种生物杂化微纳米机器人的总结

例如，血小板微型机器人在血液中的循环时间很长，这使得它们能够积聚并将药物输送到目标组织。

全血中磁导航、超声驱动的 RBC 微型马达的示意图

由免疫细胞组成的白细胞微型机器人具有独特的趋化导航到感染部位以递送药物的能力。

(a)用于主动肿瘤治疗的基于巨噬细胞的生物杂化微型机器人

(b)双响应中性粒细胞微型机器人对恶性神经胶质瘤的主动给药

研发团队还分析了各种生物杂化微型机器人的潜在用途。它们的尺寸范围从大约 1 μm 到大约 20  μm，变化主要源于它们的成分。例如，在亚微米（纳米）端，基于 DNA 的纳米机器人用于将凝血酶输送到肿瘤相关血管，旨在通过诱导血管内血栓形成来抑制肿瘤生长。

用于执行医疗任务的杂化 RBC-PL 微型机器人

在较大尺寸（微米）端，基于精子的微型机器人可以输送抗凝肝素来治疗循环系统疾病。

 精子鞭毛驱动的微型杂化机器人

精准“送”药！——精子驱动微马达

科研人员已经开发出精子驱动的微马达作为靶向药物输送系统，给治疗女性生殖道疾病带来了希望。当这种生物杂化精子机器人撞击肿瘤壁时，它们能够游入肿瘤并通过精子和癌细胞的膜融合递送抗癌药物 DOX。精子机器人还能够逆着血流主动游动（趋流性），并通过磁场导航实施肝素输送。

用于定向 DOX 递送的精子机器人

现阶段的研究主要集中在体外实验上，复杂的生理环境带来了巨大的挑战。通常，需要延长在血管中的循环时间，逃避吞噬细胞的吞噬作用，增加在靶点的停留时间，以大大提高载药微纳米机器人的治疗效果。

未来展望——任重道远

研发团队表示，生物杂化微纳米机器人有望彻底改变医学，因为它们可以远程控制以执行高精度的生化操作。除了癌症治疗之外，这些微型机器人的应用场景还包括细胞显微手术、基因转染、细胞分选、辅助受精和原位组织工程。

尽管具有各种功能的生物杂化微纳米机器人正在快速发展中，但大多数设计用于药物递送目的的生物杂化微纳米机器人仍处于起步阶段。要实现商业化和临床应用，还有很长的路要走。李金华教授呼吁该领域的研究人员共同努力，尝试对生物杂化微纳米机器人进行更多的体内研究。

论文地址：

https://doi.org/10.34133/2022/9824057

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