港深联合团队成功研发出全球首个磁控血液凝胶纤维机器人
发布日期:2025-05-09 
具有柔韧性和不受束缚的移动性的小材料特别适用于体内微创医疗介入。然而,这种软“机器人”的能力和适用性受到异物对它们的反应以及在介入后需要将它们从体内清除的限制。

2025年5月1日,中国科学院深圳先进技术研究院徐天添教授、深圳大学王奔副教授、香港中文大学张立教授合作Nature Biomedical Engineering(IF=27.7)在线发表题为“Magnetically driven biohybrid blood hydrogel fibres for personalized intracranial tumour therapy under fluoroscopic tracking”的研究论文,该研究报告了一种可生物降解的磁化生物杂交血液水凝胶纤维,这种纤维可以逃避免疫识别,并且可以通过X射线荧光透视法进行实时跟踪,用于靶向颅内肿瘤治疗

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这种凝胶纤维可以由病人自己的血液混合少量的磁性颗粒制成,大约15分钟就可以生产出来。研究表明,颅内注射的凝胶纤维通过脑脊液的运动可以在磁场下远程控制并通过荧光镜跟踪,并且封装在凝胶中的药物可以在磁场控制下按需释放,正如对小型猪颅内肿瘤多柔比星的递送所示。避免异物反应的可生物降解的软致动材料可能有助于个性化目标干预的发展。

脑肿瘤,包括神经胶质瘤、脑膜瘤和室管膜瘤,代表源于脑组织的异常增生。与脑瘤相关的危险主要表现如下:首先,脑瘤的扩大有可能引起压迫并对周围神经组织造成伤害,从而导致神经系统内的功能缺陷。第二,这些肿瘤可能对脑组织造成实质性损害,导致颅内高压、脑水肿和脑疝等病理状况。目前,管理脑肿瘤的传统临床方法通常包括手术干预、放疗和化疗。特别是手术切除,是流行的方式,主要包括通过颅骨手术切除肿瘤。然而,至关重要的是要认识到,并不是所有的脑肿瘤都适合通过开颅手术完全切除。特别是当肿瘤位于以大脑皮层的复杂卷曲为特征的区域内或者位于重要感觉器官如眼睛附近时。

不受束缚的小型机器人可以进入身体内部的深层区域,为微创诊断和治疗提供高效的解决方案。由低模量和柔性材料制成的软机器人可以配备自适应和可重构的形状,以通过狭窄的腔体,甚至比机器人本身更小的腔体。此外,当软体机器人与人体组织接触时,其固有的柔软性会产生缓冲效果,从而降低运动过程中组织损伤的风险。这些特性使得软体机器人非常适合体内输送和治疗介入。
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磁力驱动装置和荧光镜检查的组合系统下BBHFs的颅内输送(图源自Nature Biomedical Engineering )
到目前为止,大量的努力已经指向软体机器人的发展。这些机器人由各种材料制成,包括凝胶、弹性体、液体和其他柔韧物质。软机器人可以在多种场景中执行可重新配置和自适应的驱动,以响应各种外部刺激,如光、pH值、电场和磁场。其中,由浸没在水中的亲水聚合物网络组成的水凝胶基软机器人已经成为体内应用的特别有前途的候选物。这些水凝胶软机器人提供了优异的生物相容性和生物降解性,突出了它们在一系列生物医学应用中的适用性。

在这里,研究人员报道了一种用于个性化颅内肿瘤治疗的磁驱动生物混合血液水凝胶纤维(BBHF)。这些凝胶纤维是通过将磁性颗粒与患者自身的血液结合起来构建的,确保了生物相容性,并将免疫反应降至最低。BBHFs表现出多功能、多模式的运动,通过外部磁场进行远程控制,允许在脑脊液或大脑表面进行精确导航。通过磁场单元和X射线荧光成像的集成,BBHFs可以在颅骨内以实时跟踪的方式用于靶向颅内给药。重要的是,BBHFs可以在施加高强度磁场时经历快速分裂,从而能够按需释放包封的治疗剂,例如多柔比星(DOX)。通过在猪模型中的体内实验,证明了在部署载药BBHFs后成功抑制了肿瘤生长。BBHFs提供了一种个性化的医疗干预方法,可以避免免疫反应,并加速颅内肿瘤治疗药物的释放。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41551-025-01382-z

文章来源:iNature