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“孙行者”升级,香港城市大学首创3D打印微型机器人用于生物手术
金陵 2018-07-21
导语

现实世界里,香港城市大学研发出了在生物体内游走的 “孙行者”,它的诞生将给人类在细胞层面的治疗、再生医学,以及更精准的疾病治疗(包括癌症!)等带来革命性的改变。

在《西游记》经典章回“三借芭蕉扇”中,孙悟空变身飞虫钻进铁扇公主胃中大闹以讨芭蕉扇,这情节可谓是对微观人体世界想象的经典之作。

现实世界里,香港城市大学(城大)研发出了在生物体内游走的 “孙行者”,它的直径少于100微米,与一根头发的直径相若,还是3D打印来的!它就是能在生物体内精准地运载细胞到指定位置,由磁力控制的3D打印微型机器人!它的诞生将给人类在细胞层面的治疗、再生医学,以及更精准的疾病治疗(包括癌症!)等带来革命性的改变。

“机器孙行者”本尊表示:神通广大是我本人了!

▍“行者”的诞生:3D打印与电磁驱动

经过研发团队多次模拟实验,微型机械人设计最终呈球型孔狀、表面带刺,这样的结构能大大提高负载细胞的能力,並适合在血管及其他体液內游走。这项研究还特别在,微型机械人是用3D镭射光刻技术打印出来,最后镀上镍以产生磁力、及钛以加强生物兼容性。


图:机械人采用球形孔状、表面带刺的结构,适合负载细胞在血液内游走

团队人员表示,微型机械人可运送干细胞到受损组织或肿瘤,进行修补或治疗,有助解决药物引起的副作用及抗药性问题,也给患者在入侵性手术之外更多选择。

炫酷的城大团队更是自行制作了一个外部电磁驱动系统,用磁力控制微型机械人到达体内指定位置。论文第一撰写人、城大生物医学工程学系博士毕业生李俊漾博士表示:“这次是全球首宗微型机械人在生物体内传送细胞的例子。”

▍欣喜的生物体实验结果

研究人员先后在两种动物身上进行了测试,他们先把载有结缔组织细胞和干细胞的微型机械人注射到透明的斑马鱼胚胎,并成功用磁力将机械人引导到特定位置。

图:微型机械人在斑马鱼胚胎蛋黄内移动的缩时图片

此外,他们把载有萤光癌细胞(采用癌细胞, 是因为它们长成肿瘤后容易被检测到)的微型机械人注射到老鼠体内,发现机械人成功在目标位置释放萤光细胞,细胞穿过血管到达附近组织。

在老鼠体内的微型机械人成功运输萤光癌细胞到特定位置 ▶

团队现正进行临床前研究,以微型机械人运送干细胞到动物体内医治肝癌,预计两到三年内就可以在人类身上进行临床测试啦!

▍十年日月光华,方得“石猴“出世

小小的微米机械人背后,是整个团队花了十年、克服不同范畴的挑战(从生物医学、纳米科技到机械人学等等)的辛勤成果。“全赖科研人员的坚毅与努力不懈,研究才得以成功。这也是城大跨学科协作的最佳例子。”领导团队的城大生物医学工程学系系主任孙东教授说道。


图:孙东教授(前排)和(后排左起)李东方先生、李俊漾博士、李霄剑博士、陈书勋博士、罗涛先生

研究结果已经刊登在最新一期《Science Robotics》上,孙教授表示:“以机械人进行细胞层面的手术是一门新兴医学,研究在这方面跨进了一大步。”

研究由生物医学工程学系领导,团队包括孙教授;共同第一撰写人李俊漾博士及李霄剑博士;博士生罗涛先生及李东方先生、王然博士、刘迟迟博士、陈书勋博士(以上均为城大博士毕业生);连同动物医学及生命科学院副院长(学习及教学)郑淑娴教授;及生物医学系副教授岳剑波博士。

参考文献:

Junyang Li, et al, "Development of a magnetic microrobot for carrying and delivering targeted cells," Science Robotics  27 Jun 2018: Vol. 3, Issue 19, eaat8829, DOI: 10.1126/scirobotics.aat8829

(本文来源:香港城市大学微信公众号;)

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作者 金陵

本科生

北京大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科
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