近日，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院博士王奔、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院研究員徐天添、香港中文大學(xué)教授張立等，在機(jī)器人仿生設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域取得重要突破。研發(fā)出基于患者自體血液、具備仿根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)結(jié)構(gòu)與多模態(tài)仿生運(yùn)動(dòng)能力的磁驅(qū)血凝膠纖維機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)顱內(nèi)深部區(qū)域的精準(zhǔn)、微創(chuàng)藥物遞送(圖1)。成果于2025年5月1日發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上。王奔為第一作者與共同通訊作者。該工作歷時(shí)超3年，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院2020級(jí)本科生葉芷澄（現(xiàn)為香港中文大學(xué)博士生）、何家?。ìF(xiàn)為深圳大學(xué)碩士生）等全程參與了該工作。
圖1.源自患者自體血液的凝膠纖維機(jī)器人用于顱內(nèi)深部操控與遞送
位于腦深部或毗鄰關(guān)鍵功能區(qū)的顱內(nèi)腫瘤，其復(fù)雜的解剖位置和高度敏感的周?chē)M織環(huán)境，使其在臨床治療中長(zhǎng)期面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)開(kāi)顱手術(shù)需穿越重要神經(jīng)通路和血管網(wǎng)絡(luò)，操作風(fēng)險(xiǎn)極高，極易造成不可逆的神經(jīng)功能損傷和術(shù)后并發(fā)癥。放射治療雖然具備一定的非侵入性，但難以避免對(duì)健康腦組織的累積輻射損傷和腦組織壞死?；熡质芟抻谘X屏障，藥物難以有效到達(dá)病灶。因此，如何在不損傷正常腦組織的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)深部及功能區(qū)鄰近腫瘤的高效、精準(zhǔn)、無(wú)創(chuàng)治療，已成為神經(jīng)腫瘤領(lǐng)域亟需攻克的難題。
針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于患者自身血液的磁驅(qū)動(dòng)生物混合血液水凝膠纖維機(jī)器人。該機(jī)器人能逃避免疫系統(tǒng)識(shí)別和排斥，在可編程磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)、爬行、滾動(dòng)等多種仿生運(yùn)動(dòng)，并可通過(guò)X射線(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤，實(shí)現(xiàn)顱內(nèi)腫瘤的精準(zhǔn)藥物靶向治療。
團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)血管遞送路徑，利用腦脊液這一“天然航道”，設(shè)計(jì)出適應(yīng)腦脊液環(huán)境、可控多模態(tài)運(yùn)動(dòng)的磁驅(qū)動(dòng)血液凝膠纖維機(jī)器人。其核心創(chuàng)新體現(xiàn)在三方面：材料上，采用患者自體血液中的纖維蛋白，通過(guò)仿生凝膠化技術(shù)，打造與腦組織力學(xué)性能匹配的柔性載體，實(shí)現(xiàn)免疫“隱身”；運(yùn)動(dòng)控制上，借鑒線(xiàn)蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)機(jī)制，嵌入磁性顆粒的機(jī)器人可在外磁場(chǎng)下靈活運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合X射線(xiàn)成像實(shí)現(xiàn)復(fù)雜腦區(qū)精確導(dǎo)航；藥物釋放環(huán)節(jié)，利用磁致機(jī)械斷裂機(jī)制，機(jī)器人到達(dá)腫瘤后通過(guò)高強(qiáng)度交變磁場(chǎng)快速碎化，集中釋放藥物，形成局部高濃度。
該研究將生物材料、軟體機(jī)器人、醫(yī)學(xué)影像等多學(xué)科前沿技術(shù)深度融合，充分發(fā)揮深港兩地在機(jī)器人設(shè)計(jì)、仿生運(yùn)動(dòng)和臨床轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，為個(gè)性化、無(wú)創(chuàng)顱內(nèi)治療開(kāi)辟了全新路徑。
論文信息：Ben Wang?*, Jie Shen?, Chenyang Huang?, Zhicheng Ye, Jiajun He, Xinyu Wu, Zhiguang Guo, Li Zhang*, Tiantian Xu*, Magnetically-driven biohybrid blood hydrogel fibres for personalized intracranial tumour therapy under fluoroscopic tracking.Nature Biomedical Engineering2025, DOI: 10.1038/s41551-025-01382-z.
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01382-z
