香港城市大学全球首创3D打印微型机器人技术 有望作治疗癌症用途

香港城市大学（香港城大）的研究团队开发出了全球首创以磁力控制的3D打印微型机器人，该微型机器人技术能做到在生物体内精准运载细胞到指定的位置。新研发的微型机器人有望应用在治疗癌症的靶向治疗，并为细胞层面的治疗及再生医学带来革命性的改变。

孙东教授（前排）领导团队发明微型机器人，有望治疗癌症。图片来自香港城大。

 

该微型机器人技术的具体研究成果以《Development of a Magnetic Microrobot for Carrying and Delivering Targeted Cells》 为题，刊登于去年六月的《科学▪机器人学》(Science Robotics)。香港城大生物医学工程学系系主任孙东教授为此次的研究团队的带领人。孙东教授说：“以微型机器人技术进行细胞层面的手术是一门新兴医学，这次研究在这方面跨进一大步。”

 

由于此创新的微型机器人技术可有效运载干细胞到受损组织或者肿瘤，对损坏部分进行修补或治疗，提供除了入侵性手术之外更多的选项，并解决药物引起的副作用及耐药性问题。孙东教授期望，这款微型机器人能够为癌症治疗带来新希望。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说：“这是全球首宗微型机器人在动物体内传送细胞的例子。”

 

为实现这款微型机器人技术，研究团队利用计算机模拟程序来寻找最合适的微型机器人形状，最终发现：

1. 球体形状能提升磁控的推动力，并适合在血管或其他体液内游走；

2. 多孔球体结构能够促进细胞养分运输，提高微型机器人细胞负载能力。

 

此外，香港城大的研究人员更是创新性地在多孔球体外围引入如芒刺的刺状突起结构作为细胞附着点，进一步提升细胞负载能力。这款微型机器人的直径少于100微米，只有一根头发的直径那么粗。研究人员用SU-8光刻胶作原材料，运用3D镭射打印设备制作出微型机器人的结构，之后在其表面溅射一层金属镍及钛。其中金属镍可以实现可磁控推动，金属钛则能够增加生物兼容性。

 

这个可望应用于人体送药的微型机器人技术，以梯度磁场作为驱动方式，研究团队更自行制作一个外部电磁驱动系统，从而达到以磁力控制微型机器人到达体内指定位置的目的。研究人员首先在多种体液环境下采用该驱动系统进行体外控制，进行验证试验，之后又在斑马鱼和小鼠身上进行体内测试。

香港城大的研究团队在实验里采用新技术，使微型机器人在老鼠体内成功运输并释放癌细胞到特定位置，以证明机器人精准运送的能力。

在小鼠体内的微型机器人成功运输萤光癌细胞到特定位置标题

 

由于斑马鱼与人类基因高度相似，其高度透光的胚胎卵黄也便于观察，因此团队把负载结缔组织细胞和干细胞的微型机器人，注射到透明的斑马鱼胚胎卵黄内部，并成功用磁力将微型机器人引导到特定位置。团队测又试微型机器人能否释放运载的细胞，他们把载有荧光癌细胞的微型机器人注射到小鼠体内，机器人成功在目的地释放荧光细胞，细胞穿过血管到达附近组织。

 

香港城大的研究团队现正进行临床研究，以微型机器人运送干细胞到动物体内医治肝癌，预计两至三年内可在人类身上进行临床测试。如若成功，则有望使用这套新研创的微型机器人技术来治疗癌症。研究团队花费十年时间克服不同领域范畴的挑战，包括生物医学、纳米科技、微型机器人技术等。孙东教授指出：“全赖科研人员的坚毅与努力不懈，研究才得以成功。这亦是城大跨学科协作的最佳例子。”