全球首創！武漢理工團隊成功研制可注射溶栓納米機器人

25日武漢理工大學發布消息，近日，該校材料復合新技術國家重點實驗室和材料科學與工程國際化示范學院（微電子學院）官建國教授團隊在微納機器人研究領域取得重要進展，研制出可注射溶栓納米機器人。

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

材料復合新技術國家重點實驗室副主任首席教授官建國：“這就是我們研制的磁驅溶栓納米機器人，在外磁場作用下，它可以做爬行的運動，導航到病灶部位。”

眼前，這款通過肉眼看不見的納米量級的微小顆粒，就是可注射溶栓納米機器人，大小相當于萬分之一頭發絲粗細。與帶有電池、芯片等電子器件的金屬盔甲式“機器人”不同，納米機器人能將熱能、磁能、電能等其他形式的能量轉化為自身動能。它能夠像普通藥物一樣，通過靜脈注射方式注入體內，并執行溶栓任務，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風險。

材料復合新技術國家重點實驗室副主任、首席教授官建國：“全世界范圍內，第一次把磁驅溶栓納米機器人做到動物體內實現安全的溶栓。在此之前，溶栓是可以解決，但會帶來其他副作用，另外機器人在血管里面自身會產生第二次血栓，我們實現了拆解，工作的時候是機器人，工作完了以后，它可以自動拆解成單個的納米粒子，不會在血管里面產生聚集凝結。”

2012年起，官建國教授團隊就啟動對微納機器人的研究發展，經過十多年攻關，成功解決納米機器人在生物介質中的有效驅動、高效靶向遞送等應用難題，這將為納米機器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定基礎。

材料復合新技術國家重點實驗室副主任、首席教授官建國：“這項技術目前只是在動物身上做了實驗，進入臨床的話還需要解決這個粒子在人體內要完全自然降解掉。未來五到十年的階段，我們會讓這個磁驅機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帶來的福音了。”

MB@PSS納米粒子的結構和在交變磁場下組裝形成HPBNRs集群的靶向溶栓示意圖

2021年Science期刊發布了125個新科學問題，其中在人工智能領域的第一條就提出了：可注射的抗病納米機器人會成為現實嗎？

由于人體血液循環系統幾乎與所有重要組織和器官相連，開發可注射的納米機器人進入血液系統執行藥物靶向遞送和心血管相關疾病治療等任務將給生物醫療領域帶來變革性新技術，具有重要學術意義和臨床價值。然而，在實際應用中如何實現納米機器人在生物介質中的有效驅動、長循環壽命、高效靶向遞送和高生物安全性等問題一直嚴重制約它們在精準醫療方面的臨床化應用。

最近，該團隊通過在超順磁納米粒子表面修飾類肝素分子刷（PSS）開發了一種磁驅載藥溶栓納米機器人（HPBNRs）。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載溶栓藥物tPA，而且能在血液系統中實現高分散性和高血液相容性，表現出低溶血率（＜5%）、強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作用下能可逆組織成可拆解的HPBNRs集群執行心血管疾病（血栓）的安全靶向治療，解決傳統溶栓治療效率低、易帶來出血等致命性風險。

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，然后會以單個粒子形式分散在血液循環系統中。在血栓上游通過梯度磁場將MB@PSS納米粒子在該部位高效富集；然后在交變磁場控制下組裝成HPBNRs集群導航運動到血栓病灶部位，最后通過協同“運動靶向”給藥和機械破壞進行安全高效的溶栓。體外實驗和大鼠活體實驗均證實，負載tPA的HPBNRs可以在4h內疏通大鼠股靜脈血栓；以及在完成溶栓任務后，撤除外磁場，HPBNRs集群在血液中又可自動拆解分散成單個的MB@PSS納米粒子，不會產生明顯的器官損傷或炎癥反應。

這項研究為納米機器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定了基礎，為未來治療更具挑戰性的心血管疾病，如腦卒中和肺栓塞等提供了希望；更是一個具有前瞻性的通用靶向治療遞送平臺，能推動基于運動的納米機器人在生物醫學應用領域的進一步發展，為醫學領域的創新開辟了一條可行的路徑。