微型机器人让细胞“指哪打哪”

未来学家雷·库兹韦尔又开始开心了。

这个人被比尔·盖茨认为是未来最准确的预测者，几年前他说:“在显微镜下，我看到我的白细胞包围了一种病原体并将其摧毁，但是速度太慢，整个过程花了一个小时。我相信，在未来，纳米机器人可以移植到人体内，在几秒钟内完成同样的工作。”

最近，科学机器人杂志发表了一个由香港城市大学的科学家开发的微型机器人，它可以在磁力的控制下将细胞运送到指定的位置。库兹韦尔嘴里的机器人有“眼睛”。尽管它没有独立的意识，并受外部物理力量的控制和操作，但它让细胞在活体中“撞击和撞击”以及“停止和撞击”的能力使预测向现实迈出了一大步。

“随波逐流”的细胞命运可能会被改写。

“回输”是细胞治疗的主要方法之一。将细胞注射回人体就像将小船放回航道，而人体是一个紧密编织的“航道网络”。没有有效而强大的“导航”设备，人们只能“随波逐流”。无法到达指定位置的细胞疗法将被大大稀释，甚至无效。

科学家已经尝试了许多方法。"细胞的定点输送可以通过化学力、生物力和物理力的作用来实现。"例如，国家“千人计划”的特别专家杨光华说，临床上应用的卡氏T细胞疗法，利用生物体中抗原抗体反应产生的力量。通过修饰T细胞(免疫细胞之一)，一种能够通过抗原抗体反应识别肿瘤的“CAR”被安装在T细胞上。一旦肿瘤细胞表面的蛋白质被CAR识别，它们就“锚定”在靶肿瘤细胞上并发挥作用。

磁控微型机器人使用物理力来控制细胞。香港城市大学的研究小组用镍覆盖载体表面，使弱磁力能够操纵、导航甚至锚定进入血管“通道”的细胞“船”。“例如，当细胞被用于修复软组织时，为了让细胞生根并在需要修复的地方生长，在细胞悬液被注射到人体之前，细胞可能不会停留在期望的位置，这一直是难以定位的。如果这项技术是真正的临床应用，它将解决这个问题。”杨光华说。

除了定位，细胞载体还需要解决装载问题。为了运输尽可能多的目标细胞，论文显示，研究小组使用计算机模拟不同血管中不同形状的“细胞载体”的运动，然后决定使用中空的球形结构并延伸“触须”来携带更多的细胞。

“本研究为细胞治疗领域提供了一个全新的设计理念和探索方向。”根据杨光华的说法，微型机器人就像运载救援队的卡车。他们必须能够“进、进、出”。为了验证这三点，研究小组分别在几种粘性介质、透明斑马鱼胚胎和小鼠体内进行了实验，证明了3D打印产生的微型机器人能够航行，到达目的地，并使携带的细胞在指定地点有效。

能够“进去，进去，出来”

如果人体内还有另一个“阿凡达世界”，科学家们从未停止过对这个世界施加精确的影响。每个设计都很精致。无论是靶向治疗还是精确治疗，未来医学都在努力准确地打击或修复病变。他们目前拥有的“外来”控制方法包括具有“目标”匹配特征的物质，例如基因、蛋白质甚至化合物，以及外部场控制力，例如超声波、磁力、光和力。

"纳米枪技术结合了这两种类型来完成对肿瘤部位的有针对性的“狙击和杀伤”. "作为细胞疗法和基因疗法的行业推动者，杨光华提到的“纳米枪”在一个多月前完成了对一名老年肺癌患者的首次临床试验治疗。纳米枪的“子弹”设计精巧，而且“上车、上车、下车”三项任务也必须完成。

为此，“子弹”由三部分组成，包括硝基咪唑、纳米材料制成的药物输送载体和放射性同位素铼188。

外力轰击有助于“子弹”落在肿瘤发生点周围。药物中的硝基咪唑能主动扩散通过肿瘤缺氧细胞的脂质膜，还原能力强，因此能准确定位。锚定目标后，由聚赖氨酸树枝状聚合物制成的纳米载体固定了“狙击目标”，允许肿瘤细胞连续摄取铼188和硝基咪唑。纳米枪技术已获得国际PCT全球授权，并被法国癌症中心指定为最具革命性的癌症治疗专利技术。

另一个惊人的设计来自中国科学院国家纳米科学中心。科学家利用DNA折纸技术制造了一个“自动炸弹”，只在肿瘤周围爆炸。

数据显示，随着DNA纳米技术的发展，DNA可以用作折叠构型。一个扁平的长方形DNA折纸板携带着一个由四个凝血酶分子组成的“炸弹”，爆炸前将该“炸弹”卷成一个中空管，将凝血酶分子包裹在管内，并被一个固定链的DNA片段束缚，该片段只能识别肿瘤血管内皮细胞中核仁素的高表达。只有当到达肿瘤的外围时，由于核蛋白的结合，固定的链才扩张，并且“炸弹”立即被引爆，释放凝血酶分子，在供应肿瘤组织的血管中形成巨大的血栓并杀死肿瘤。

此外，通过光敏剂和光“内外”的光动力治疗仪，光敏剂被光源激发产生大量单线态氧，同时释放荧光，杀死体内作恶的细胞，在临床实践中得到不断完善和应用。然而，使用超声将负载有免疫相关基因或抗原的微泡递送至肿瘤细胞或免疫细胞将提高肿瘤免疫治疗的疗效。

对于临床应用，诸如金属毒性等挑战仍然需要解决。

“微型机器人有其独特的优势。它们不需要特定的结合位点。它们是一种“通用”的细胞输送技术。”杨光华表示，该技术潜力巨大，但在临床应用中仍需进一步探索和解决机器人去除和镍钛毒性问题。

根据解放军总医院的一篇题为“镍和镍钛合金的致癌机理”的论文，大量的动物实验证明，通过吸入、气管内滴注和将镍化合物注射到动物的不同部位，已经成功地诱发了恶性肿瘤。尽管机理尚不清楚，但证据表明它与*基的产生有关。

为了提高磁性能和生物相容性，3D打印微机器人的表面覆盖有镍和钛。研究表明，钛镍合金虽然具有很强的耐蚀性和耐磨性，但也会不同程度地存在腐蚀，导致镍沉淀增多，如果长期存在，势必会致癌。

“要将其用于临床治疗，尤其是安全性评价，还有很长的路要走，需要进一步研究和验证。”杨光华说“进出”是一种避免身体损伤的方法。例如，纳米枪“子弹”中的载体材料使用自降解纳米材料来解决这个问题。

此外，为了证明在血管中操作是可行的，研究小组还用微流控芯片模拟了一个更复杂的血管结构，证明了微型机器人可以在这样的系统中定向输送细胞。然而，不清楚真实的人体环境与模拟环境有多大的不同。在香山科学会议上，一些学者说，当人类血液流动时，可能会有未探索的振动和其他现象。微型机器人在“演习”和“实战”中的表现是否一致还有待进一步检验。在身体内部的真实环境中，微型机器人可能不得不面对超乎想象的严峻挑战。

“控制微型机器人运动的磁力很弱，而人体内的血压却很高。因此，为了达到严格的医疗标准，准确有效地操作机器人是一项挑战杨光华说，临床应用需要稳定的效果和高度的安全性，要“达到标准”，可能需要涉及流体运动模型等跨学科的深入研究。