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铁扇公主肚里钻进了猴子?微型机器人在生物体内定点投放细胞

2018年06月28日 浏览量: 评论(0) 来源:澎湃新闻 作者:澎湃新闻 责任编辑:admin
摘要:这是国际上首次通过微型机器人,在保证细胞附着、增殖和分化的前提下实现在活体内定向运送细胞。相关论文发表在北京时间 6 月 28 日凌晨的《科学 - 机器人学》杂志上。
血管清道夫、药物搬运工、癌细胞杀手……肉眼不可见的微型机器人技术给临床医疗带来了许多美好的愿景。香港城市大学的一个研究团队用 3D 打印制作出了一种微米(0.000001 米)级别的球型机器人,首次实现在磁场驱动下将细胞运送到活生物体内的指定位置。
 
这是国际上首次通过微型机器人,在保证细胞附着、增殖和分化的前提下实现在活体内定向运送细胞。相关论文发表在北京时间 6 月 28 日凌晨的《科学 - 机器人学》杂志上。
 
该迷你机器人设计成球型,磁场驱动能力更高,对生物体内组织的伤害更小,同时更易促进组织融合。小球为孔洞结构,有助于组织血管化,形成为细胞提供养分的微循环网络。小球的表面充满突起,是细胞附着的支点,能提高运载量。
 
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“毛边”的孔洞小球结构
 
该研究团队用计算机模拟不同形状的迷你机器人在不同血管中的运动后,发现这种设计比立方体等结构更具优势。
“毛边”的迷你小球通过 3D 打印成型,表面覆盖镍和钛,分别用以增加磁性和生物相容性。
 
首先要解决的是控制机器人的定向运动。在外加磁场的控制下,载有细胞的迷你机器人在三种培养液中走完了一个矩形的路线,包括 PBS 缓冲液、人工脑脊液和小鼠血清。
 
随后,研究团队将微型机器人用针头注射入斑马鱼的胚胎内,控制这艘 “小船”在粘稠的卵黄中航行而不伤害生物体。斑马鱼与人类的基因相似性很高,因而被广泛引用在生物实验中。
 
而斑马鱼胚胎的卵黄是透明的,也有利于监控迷你机器人的运动。不过,由于卵黄粘稠度较高,存在蛋白质、核酸等大分子有机物,迷你机器人的运动速度明显变慢。
 
在这个过程中,研究人员持续检测斑马鱼胚胎的心跳,证明机器人的运动并没有危及生命。
 
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微型机器人在斑马鱼胚胎中运动
 
他们随后用微流控芯片模拟出了较为复杂的血管结构,证明迷你机器人能在这样的系统中定向运输细胞。
 
研究人员要解决的最后一个问题,是证明“小船”能够自动“卸货”。他们决定在裸鼠(一种无毛的天生胸腺缺失小鼠模型)中进行实验。研究团队选择的“货物”是被荧光标记的海拉细胞(源自一位美国黑人妇女海瑞塔·拉克斯的宫颈癌细胞),因为癌细胞在数周内就能繁殖到可被探测到的规模。他们小鼠的左背部皮下注射了装有癌细胞的“小船”,右背部注射“空船”。4 周后,小鼠左背部出现了荧光反应。解剖结果也显示,迷你机器人全都位于肿瘤边缘。
 
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小鼠左背部出现荧光反应
 
由于小鼠这样的复杂生物学模型并不像斑马鱼培养一样透明,科学家们需要应用更先进的深组织成像技术,以实时监控机器人的运动。另外,科学家们也要准备可在生物体内降解的材料。
这项技术在再生医学的临床应用上具有很大潜力。比如,微型机器人能将可分化的干细胞运送到损伤的组织上进行修复。
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