25日武漢理工大學(xué)發(fā)布消息，近日，該校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料科學(xué)與工程國際化示范學(xué)院（微電子學(xué)院）官建國教授團(tuán)隊(duì)在微納機(jī)器人研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研制出可注射溶栓納米機(jī)器人。

在《Science Advances》期刊主頁上的Feature Image介紹

材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任首席教授官建國：“這就是我們研制的磁驅(qū)溶栓納米機(jī)器人，在外磁場(chǎng)作用下，它可以做爬行的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)航到病灶部位。”

眼前，這款通過肉眼看不見的納米量級(jí)的微小顆粒，就是可注射溶栓納米機(jī)器人，大小相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。與帶有電池、芯片等電子器件的金屬盔甲式“機(jī)器人”不同，納米機(jī)器人能將熱能、磁能、電能等其他形式的能量轉(zhuǎn)化為自身動(dòng)能。它能夠像普通藥物一樣，通過靜脈注射方式注入體內(nèi)，并執(zhí)行溶栓任務(wù)，完成心血管疾病的安全靶向治療，極大減輕病人的痛苦并降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、首席教授官建國：“全世界范圍內(nèi)，第一次把磁驅(qū)溶栓納米機(jī)器人做到動(dòng)物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全的溶栓。在此之前，溶栓是可以解決，但會(huì)帶來其他副作用，另外機(jī)器人在血管里面自身會(huì)產(chǎn)生第二次血栓，我們實(shí)現(xiàn)了拆解，工作的時(shí)候是機(jī)器人，工作完了以后，它可以自動(dòng)拆解成單個(gè)的納米粒子，不會(huì)在血管里面產(chǎn)生聚集凝結(jié)。”

2012年起，官建國教授團(tuán)隊(duì)就啟動(dòng)對(duì)微納機(jī)器人的研究發(fā)展，經(jīng)過十多年攻關(guān)，成功解決納米機(jī)器人在生物介質(zhì)中的有效驅(qū)動(dòng)、高效靶向遞送等應(yīng)用難題，這將為納米機(jī)器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定基礎(chǔ)。

材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、首席教授官建國：“這項(xiàng)技術(shù)目前只是在動(dòng)物身上做了實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入臨床的話還需要解決這個(gè)粒子在人體內(nèi)要完全自然降解掉。未來五到十年的階段，我們會(huì)讓這個(gè)磁驅(qū)機(jī)器人真正變成具有人的智能，可以按需給藥、自主尋靶，病人就可以享受到技術(shù)帶來的福音了?！?

MB@PSS納米粒子的結(jié)構(gòu)和在交變磁場(chǎng)下組裝形成HPB-NRs集群的靶向溶栓示意圖

2021年Science期刊發(fā)布了125個(gè)新科學(xué)問題，其中在人工智能領(lǐng)域的第一條就提出了：可注射的抗病納米機(jī)器人會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎？

由于人體血液循環(huán)系統(tǒng)幾乎與所有重要組織和器官相連，開發(fā)可注射的納米機(jī)器人進(jìn)入血液系統(tǒng)執(zhí)行藥物靶向遞送和心血管相關(guān)疾病治療等任務(wù)將給生物醫(yī)療領(lǐng)域帶來變革性新技術(shù)，具有重要學(xué)術(shù)意義和臨床價(jià)值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中如何實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在生物介質(zhì)中的有效驅(qū)動(dòng)、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高效靶向遞送和高生物安全性等問題一直嚴(yán)重制約它們?cè)诰珳?zhǔn)醫(yī)療方面的臨床化應(yīng)用。

最近，該團(tuán)隊(duì)通過在超順磁納米粒子表面修飾類肝素分子刷（PSS）開發(fā)了一種磁驅(qū)載藥溶栓納米機(jī)器人（HPB-NRs）。由于表面修飾的PSS能賦予磁性納米粒子（MB@PSS）高的表面電荷，因而它不僅能通過靜電相互作用負(fù)載溶栓藥物t-PA，而且能在血液系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高分散性和高血液相容性，表現(xiàn)出低溶血率（＜5%）、強(qiáng)的抗生物粘附和自抗凝能力。更有意思的是，這些磁性納米粒子還在交變磁場(chǎng)作用下能可逆組織成可拆解的HPB-NRs集群執(zhí)行心血管疾?。ㄑǎ┑陌踩邢蛑委?，解決傳統(tǒng)溶栓治療效率低、易帶來出血等致命性風(fēng)險(xiǎn)。

具體治療策略為MB@PSS納米粒子懸浮液通過靜脈注射到生物體內(nèi)，然后會(huì)以單個(gè)粒子形式分散在血液循環(huán)系統(tǒng)中。在血栓上游通過梯度磁場(chǎng)將MB@PSS納米粒子在該部位高效富集；然后在交變磁場(chǎng)控制下組裝成HPB-NRs集群導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)到血栓病灶部位，最后通過協(xié)同“運(yùn)動(dòng)靶向”給藥和機(jī)械破壞進(jìn)行安全高效的溶栓。體外實(shí)驗(yàn)和大鼠活體實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，負(fù)載t-PA的HPB-NRs可以在4h內(nèi)疏通大鼠股靜脈血栓；以及在完成溶栓任務(wù)后，撤除外磁場(chǎng)，HPB-NRs集群在血液中又可自動(dòng)拆解分散成單個(gè)的MB@PSS納米粒子，不會(huì)產(chǎn)生明顯的器官損傷或炎癥反應(yīng)。

這項(xiàng)研究為納米機(jī)器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定了基礎(chǔ)，為未來治療更具挑戰(zhàn)性的心血管疾病，如腦卒中和肺栓塞等提供了希望；更是一個(gè)具有前瞻性的通用靶向治療遞送平臺(tái)，能推動(dòng)基于運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新開辟了一條可行的路徑。