精准医疗新载体——生物机器人或将面市

1966年科幻电影《奇幻之旅》场景

数十年来，工程师们一直试图创造一种“医疗机器人”能在人体内施行手术，给药治病，就像1966年科幻电影《奇幻之旅》所展示的那样。近期，科学家借助磁力波发出信号，可控制螺旋藻在人体内部的运动轨迹。这种生物合成机器人有朝一日能将药物运送到身体所需特定部位，而且几乎没有药物副作用。更为有意义的是，这种机器人及其磁性涂层似乎可以杀死癌细胞。似乎离实现电影里的场景不远了。

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螺旋藻是一种微观上看起来像一个小螺旋弹簧的藻类。研究人员一直在尝试用杆状藻、管状藻、球状藻和笼状藻制造生物细胞机器人，并在不同程度上取得进展，但是，给这种微小机器人提供充足动力却是一个巨大挑战。现有大多数的能量供给方法对人体有毒害。另一个棘手问题是如何控制微型机器人穿过人体内迷宫般的蛋白质和分子，这既要知道机器人位于何方，又要控制它的运动。

香港中文大学材料科学家张立（Li Zhang）发现了可借助磁性和活性生物有机体在人体外部创建磁场，磁场穿透活体组织，不仅不会对身体造成伤害，而且还能够移动体内磁性目标载体。该研究成果于11月22日刊载在《科学机器人》（Science Robotics）杂志上。

几年前，张立教授和他的同事们就萌发灵感，采用藻类物质合成材料制作微型机器人，并取得一定成绩。这一次，研究人员决定直接采用藻类物质。但是他们需要研究一种方法来跟踪体内的藻类，并让藻类物质发出荧光。此外，研究人员还需要确定，他们能否借助荧光在身体外表面跟踪机器人活动路线。经尝试，研究人员发现核磁共振（NMR）技术（NMR检测到患者体内磁性物质后形成图像），可用于跟踪埋藏在身体深处的机器人。

为获得最大灵活性，科研人员用螺旋藻输入人体内部。研究人员用氧化铁纳米粒子涂覆螺旋藻一次性完成藻类物质磁化。涂覆过程中研究人员发现，浸泡时间越长，控制越容易；浸泡时间较短更容易检测到荧光。经过此类处理，研究人员采用核磁共振技术观察到在老鼠胃里畅游的微型机器人。

生物相容性是这种医疗机器人一个重要特征。它可在数小时或数天内降解（取决于涂层厚度），对绝大多数细胞没有损害。但对癌细胞却例外，实验表明，器皿培养的肿瘤细胞在螺旋藻作用下，48小时就可杀死90%左右癌细胞。实验还表明，螺旋藻产生一种癌细胞剧毒化合物。

然而，距离市场应用目标仍很远。全球有好几个科研机构都在研究这种微型机器人。张立研究小组仍需展示这种微型机器人能把货物（例如药物附着或放入螺旋藻中）输送到人体内，并且证明该疗法比口服或注射的药效更好才有应用市场。研究人员认为，“应用于临床可能还需要10年之久，那时人类或能实现这个梦幻之旅。”

德国斯图加特的马克斯•普朗克智能系统研究所（Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart）物理化学家皮尔•费歇尔（Peer Fischer）说：“螺旋藻‘杀死癌细胞’似乎是一项意外发现的有趣特性。”他称赞说：“在大自然中找到一种如此适用物质，性能如此之好，令人十分惊讶！”

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的纳米工程师约瑟夫•王（Joseph Wang）说：“跟踪体内机器人的运动轨迹，是向制造生物细胞机器人目标又迈进了一步。”他自己同时正在开发一种兼有生物特性、低成本的医疗微型机器人。

作者：伊丽莎白•本尼斯（Elizabeth Pennisi）

参考文献：

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/robot-made-algae-can-swim-through-your-body-thanks-magnets

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