纳米机器人可以针对癌症和清除血凝块

可以通过血管导航到达疾病部位的微型纳米机器人和车辆可用于向难以治疗的肿瘤输送药物。一旦注射或吞咽，大多数药物依靠体液的运动在身体周围找到路径。这意味着某些类型的疾病可能难以以这种方式有效治疗。

例如，一种称为胶质母细胞瘤的侵袭性脑肿瘤每年导致数十万人死亡。但是因为它会在患者的脑组织中产生手指状的突起，从而破坏周围的血管，所以药物很难到达肿瘤部位。

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教授说：“如果你将粒子注入体内，它们会跟随血液流动。”

相反，科学家们正在转向纳米设备——微型机器人和车辆——以可控的方式在身体周围输送药物。但首先他们必须弄清楚如何驾驶它们。

Ahmed 教授说，纳米粒子“比红细胞小 10 倍，如果你使用被动粒子，就无法控制它们”。

为了克服这个问题，他和他在SONOBOTS项目中的同事们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弹的方式，超声波技术通常被医生用于医学成像，可用于创建图像。

然而，艾哈迈德教授和他的科学家们已经证明，他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——使其被看到。他们将这些微型交通工具称为纳米游泳者，因为它们能够在液体中向前移动。声波将这些纳米游泳者的集群推向血管壁。然而，这种力不足以影响血液中红细胞的运动。艾哈迈德教授说他的灵感来自于精子的移动方式：它们粘在阴道的固定壁上，并用它们来引导它们向前运动。“我们将(纳米游泳者)移到墙上并操纵它们，”他说。这使得纳米游泳者可以更容易地通过血管向正确的方向引导，因为它们可以跟随血管壁。

纳米游泳者

如果科学家们想要将携带药物的纳米载体用于胶质母细胞瘤，这是最终目标，那么这种精细控制纳米游泳器的能力是必要的。这些肿瘤周围的渗漏血管意味着纳米游泳者必须小心地导航到癌细胞。但是一旦到达那里，研究人员就可以通过声波摇动游泳者，以便他们将药物有效载荷释放到肿瘤中。

到目前为止，科学家们已经设法在斑马鱼胚胎中操纵和跟踪他们的纳米游泳者，但艾哈迈德教授说他们渴望在老鼠身上试验他们的技术。'斑马鱼的大脑很小，但它们的血脑屏障还不成熟。我们需要转向小鼠以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纳米载体，例如化学品、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，也可以在大多数医院和诊所中找到。

将药物精确地输送到身体的特定部位可以帮助解决其他常见但致命的疾病。

ANGIE项目的研究人员 Salvador Pané 教授和 Josep Puigmartí-Luis 教授希望靶向给药能够让医生更有效地治疗更多的中风患者。缺血性中风是由于血凝块阻断大脑中的血液流动而发生的，它是的主要死亡原因，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式是使用血栓破坏药物，但这些药物以注射方式给药，并在到达大脑之前在身体周围传播。这些药物也有许多副作用，从恶心和低血压到脑出血，并不是每个人都能服用。

如果治疗可以针对发生凝块的静脉或动脉位置，则可以更有效地清除它们。

“如果我们将所需的量集中在凝块上，我们将大大减少这些副作用，我们将能够治疗更多患者并减少副作用，” ETH 多尺度机器人实验室联合主任 Pané 教授说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输送到凝块上。

与 SONOBOT 中的纳米游泳者不同，在 ANGIE 下开发的纳米机器人在如何控制方面更加复杂。

他说：“传统的游泳机制在纳米尺度上不起作用——如果你尝试爬行(游泳划水)并在纳米尺度上实施，它就行不通。” 为了克服这个问题，该团队正在使用磁场来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手臂来移动末端的抓手，但在 ANGIE 纳米机器人的情况下，“手臂”是使磁性纳米机器人四处移动的磁场。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。

当纳米机器人到达它的目标时——中风患者大脑中的凝块——然后它与凝块相互作用以输送其药物有效载荷。研究人员表示，从整体上看，由于磁场允许的控制水平，ANGIE 可以被认为是一个机器人系统。

机器人

西班牙巴塞罗那大学化学家普伊格马蒂-路易斯教授说：“它们真的是机器人——你可以控制它们、加速、停止、向所有三个方向移动它们。” 原则上，它们可以滚动、开瓶器和翻滚。

虽然仍处于第一年，但 ANGIE 研究团队目前正在开发电磁系统，其中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，为了检查他们的技术是否有效，他们将根据真实数据 3D 打印人体血管系统，并绘制纳米机器人到达凝块的最佳路径。

但是，如果成功，使用这种纳米机器人将药物输送到中风患者的血栓中，例如，可以通过许多大医院的现有设备实现。“磁场已经在医院中用于磁共振成像，”Pané 教授补充道。

Pané 教授说，虽然他们目前的目标是找到引起中风的凝块，但该技术可以应用于许多其他疾病。但他们需要先证明他们的技术有效，然后才能在人体中进行试验。

纳米设备为靶向疾病治疗提供了一种很有前景的方法，而 SONOBOTS 的艾哈迈德教授认为在不久的将来将成为现实。

“最初，当我们与医生讨论这些想法时，他们认为这太科幻了，”但随着研究数据的增长，他们开始出现，他说。

标签：