纳米机器人可以针对癌症并清除血凝块

可以导航通过血管到达疾病部位的微小的纳米级机器人和车辆，可以用来将药物输送到原本难以治疗的肿瘤上。一旦被注射或吞咽，大多数药物都依靠体液的运动来找到它们在身体周围的方式。这意味着某些类型的疾病可能很难以这种方式有效治疗。

例如，一种被称为胶质母细胞瘤的侵略性脑瘤每年会杀死数十万人。但是，由于它会在患者的脑组织中产生类似手指的突起，从而损坏周围的血管，因此药物很难到达肿瘤部位。

“如果将粒子注入人体，它们将跟随血液流动，”瑞士苏黎世联邦理工学院声学机器人系统实验室的负责人丹尼尔·艾哈迈德(Daniel Ahmed)教授说。

取而代之的是，科学家们转向了微型设备和车辆等纳米设备，以可控的方式将药物输送到全身。但是首先，他们必须弄清楚如何驱动它们。

艾哈迈德教授说，纳米粒子“比红细胞小10倍，如果使用被动粒子，就无法控制它们。”

为了克服这个问题，他和他的SONOBOTS项目的同事正在使用超声波来操纵携带抗癌药物的纳米设备。由于高频声波从身体的不同部位反射出来的方式可用于创建图像，因此医生通常在医学成像中使用超声波技术。

但是，艾哈迈德(Ahmed)教授和他的科学家们已经证明，它们可以使用超声波引导包裹在聚合物外壳和成像化学物质中的气泡(使它可见)。他们称这些微型车辆为纳米级游泳者，因为它们具有在液体中前进的能力。声波将这些纳米级游丝簇推向血管壁。但是，该力不足以影响血液中红细胞的运动。艾哈迈德(Ahmed)教授说，他受精子旅行方式的启发：它们粘在阴道的固定壁上，并用来引导它们向前运动。他说：“我们将纳米游泳器移到墙壁上并对其进行操作。” 这使得纳米游泳者可以沿着壁向正确的方向引导，从而使它们更容易引导。

纳米游泳者

如果科学家希望将携带药物的纳米载体带入胶质母细胞瘤中，那么这种精细控制纳米游泳器的能力是必要的，这是最终目标。这些肿瘤周围的血管渗漏意味着纳米游泳者必须仔细导航到癌细胞。但是一旦到达那里，研究人员就可以在声学上摇动游泳者，从而将药物有效载荷释放到肿瘤中。

到目前为止，科学家们已经成功地操纵和追踪了斑马鱼胚胎中的纳米游泳者，但艾哈迈德教授说，他们渴望在小鼠中试用其技术。“斑马鱼的大脑很小，但是它们的血脑屏障还不成熟。我们需要转移到老鼠那里来了解渗漏的脉管系统。”

艾哈迈德教授说，虽然有许多推进机制可用于引导载药的纳米车辆，例如化学药品，磁场或光，但由于多种原因，超声波具有吸引力。超声波可以深入人体，但已被证明是安全的。例如，它通常用于检测孕妇的胎儿心跳。该技术也相对便宜，并且在大多数医院和诊所中也可以找到。

准确地将药物运送到体内的特定位置可能有助于解决其他常见但致命的疾病。

ANGIE项目的研究人员SalvadorPané教授和JosepPuigmartí-Luis教授希望有针对性的药物输送能够使医生更有效地治疗更多的中风患者。当血栓切断大脑的血液流动时发生的缺血性中风是的主要死亡原因，每年有超过110万人患有中风。

中风

中风后到达医院的患者的主要治疗方法是使用消血栓药，但这些药物是作为注射剂给药，并在到达大脑之前在体内传播。这些药物也有许多副作用，从恶心，低血压到脑部出血，并非所有人都能服用。

如果可以针对发生凝块的静脉或动脉部位进行治疗，则可以更有效地清除它们。

ETH多尺度机器人实验室联合负责人Pané教授说：“如果我们将所需的量集中在血凝块上，我们将大大减少这些副作用，并且我们将能够治疗更多的患者并减少副作用。”苏黎世及其化学实验室负责人。

在ANGIE中，研究人员正在创建微型纳米机器人，可以做到这一点，并将药物直接递送到血凝块上。

与SONOBOT中的纳米游泳器不同，在ANGIE下开发的纳米机器人在控制方式方面更为复杂。

他说：“传统的游泳机制无法在纳米尺度上发挥作用，如果您尝试进行爬行(游泳行程)并以纳米尺度实施，那么它将无法发挥作用。” 为了克服这个问题，研究小组正在使用磁场控制包含磁性颗粒或薄膜的纳米结构。

Pané教授将它们比作工业装配线上的机械臂。虽然工业机器人使用计算机控制的臂，以在端部周围移动的夹持器，在ANGIE纳米机器人的情况下，“臂”是磁场移动所述磁性纳米机器人周围。纳米机器人由可生物降解的微小铁基聚合物复合结构制成。改变这些结构的形状和组成可以改变它们的控制方式。

当纳米机器人到达其目标时(对于中风患者来说是脑中的凝块)，然后它与凝块相互作用以传递其药物有效载荷。研究人员认为，由于磁场的控制水平，ANGIE可以整体上视为机器人系统。

机械人

“它们确实是机器人，您能够控制它们，在三个方向上加速，停止，移动它们，”西班牙巴塞罗那大学的化学家Puigmartí-Luis教授说。原则上，它们可以滚动，开瓶和翻滚。

尽管仍处于第一年，但ANGIE研究团队目前正在开发电磁系统，该系统包括纳米机器人和控制这些设备所需的基础设施。Puigmartí-Luis教授说，为证实他们的技术有效，他们将基于真实数据3D打印人体血管系统，并绘制出纳米机器人到达血块的最佳路径。

但是，如果成功的话，例如，可以使用许多大型医院的现有设备来实现使用这种纳米机器人将药物递送给中风患者的血凝块。Pané教授补充说：“医院已经将磁场用于磁共振成像。”

帕内教授说，尽管他们目前的目的是寻找引起中风的血凝块，但该技术可以应用于许多其他疾病。但是他们需要证明自己的技术有效，然后才能在人们身上试用。

纳米器件为靶向疾病治疗提供了一种有前途的方法，而SONOBOTS的艾哈迈德(Ahmed)教授认为这将在不久的将来成为现实。

他说：“最初，当我们与医生讨论这些想法时，他们认为这太科幻了。”但是，随着研究数据的增长，他们正在四处走动。

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