團(tuán)隊(duì)用靶向給藥微納米機(jī)器人在小鼠身上做了實(shí)驗(yàn)。他們用了乳腺癌細(xì)胞種植的皮下腫瘤模型，對30只小鼠跟蹤了30天。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種方法對小鼠腫瘤確有靶向殺傷作用，且對周圍正常組織的影響最小。
上映于1966年的科幻電影《神奇旅程》，講了這么一個故事：為給一名科學(xué)家實(shí)行高難度血管手術(shù)，5名醫(yī)生被縮小成頭發(fā)絲大小，置于針筒中，注射進(jìn)他體內(nèi)。5人駕駛著“潛艇”，躲過了免疫細(xì)胞的攻擊，一路乘風(fēng)破浪，成功完成任務(wù)。
50多年過去，當(dāng)初的幻想，已經(jīng)部分成為了現(xiàn)實(shí)。微納米醫(yī)療機(jī)器人，就被認(rèn)為是一種頗具前途的智能給藥平臺，目前被廣泛用于腫瘤的靶向治療。
近日，北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院“卓越百人”副教授、博士生導(dǎo)師馮林課題組，研究出了一種新的更為智能的腫瘤靶向機(jī)器人。它有了偽裝，還有了導(dǎo)航，能夠在磁場的驅(qū)動下，精準(zhǔn)抵達(dá)戰(zhàn)場，投擲殺傷腫瘤的彈藥。
讓巨噬細(xì)胞吞下納米藥物，變身微納米機(jī)器人
讓納米機(jī)器人裝載藥物，到達(dá)指定地點(diǎn)，定向治療炎癥或清除腫瘤，這是醫(yī)學(xué)納米技術(shù)的終極目標(biāo)之一。但傳統(tǒng)微納米機(jī)器人在人體內(nèi)的運(yùn)動，其實(shí)靠的是分子之間的結(jié)合力，這是一種“被動靶向”，難免脫靶。“就好比我們知道，人群中具有某種特質(zhì)的兩類人可能會碰上。但茫茫人海中你最后碰上的是不是想要的人，其實(shí)要打一個問號。”馮林說。
而且，也如當(dāng)初那部電影里所展示的，被注射進(jìn)人體內(nèi)的納米機(jī)器人，稍有不慎，就會遭到兢兢業(yè)業(yè)工作的免疫細(xì)胞的攻擊。
能不能讓這類醫(yī)療機(jī)器人更為安全且精準(zhǔn)地到達(dá)要去的地方？
2016年從日本回國后，馮林就一直思考這個問題。在北航機(jī)器人所的支持下，馮林和陳華偉老師合作申請獲批了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃—機(jī)器人重大項(xiàng)目“靶向給藥微納米機(jī)器人”。在一次討論中，陳華偉問可不可以讓活細(xì)胞作為載體。這句看似很隨意的提問提醒了馮林：直接讓活的細(xì)胞吞進(jìn)載藥納米顆粒變身微納米機(jī)器人行不行？
他們想到了巨噬細(xì)胞——這是一種喜歡吞食并處理異物的細(xì)胞。
合適的載體和“偽裝”找到了，接下來，就是設(shè)計(jì)機(jī)器人的“導(dǎo)航系統(tǒng)”。
磁性納米顆粒可以由磁場來控制，藥物釋放可以利用紅外或者超聲波。幾乎是從零開始，馮林團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)了復(fù)合磁控系統(tǒng)。他們從電子線圈開始設(shè)計(jì)，一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)整、摸索技術(shù)參數(shù)。磁性納米顆粒進(jìn)入小鼠體內(nèi)后，通過這套系統(tǒng)，他們可以在體外對其行走路徑進(jìn)行高精度控制。
再接下來，就是讓磁性納米顆粒裝載藥物，并讓它在合適地點(diǎn)，通過合適方式，釋放藥物。
這款機(jī)器人其實(shí)設(shè)計(jì)有許多層。在阿霉素外層，是聚乙二醇，一種具有良好水溶性的高分子化合物；再外一層，是吲哚菁綠，它是藥物研究中常用的熒光標(biāo)記物，幫助科研人員判斷機(jī)器人所在的位置。最后他們還包裹了一層脂質(zhì)體，它具有非常高的生物相容性。
團(tuán)隊(duì)還為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一個開關(guān)——近場紅外光。近紅外光穿透表層皮膚，磁性納米顆粒吸收光線，產(chǎn)生熱量，會釋放出阿霉素。
如此一來，納米機(jī)器人基本實(shí)現(xiàn)“指哪打哪”的效果。
“接收指令，執(zhí)行指令，完成任務(wù)，在我們做機(jī)械的人眼中，具備這些能力的，才是智能的機(jī)器人。”馮林說。
團(tuán)隊(duì)用靶向給藥微納米機(jī)器人在小鼠身上做了實(shí)驗(yàn)。他們用了乳腺癌細(xì)胞種植的皮下腫瘤模型，對30只小鼠跟蹤了30天。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種方法對小鼠腫瘤確有靶向殺傷作用，且對周圍正常組織的影響最小。
9月，納米科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《小》（Small）以封面文章的形式報道了課題組的研究成果。
在機(jī)械學(xué)院，他們建立生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室
馮林的團(tuán)隊(duì)中，有好幾個醫(yī)學(xué)生物專業(yè)出身的博士。在他的機(jī)械實(shí)驗(yàn)室里，還有一塊專門區(qū)域，用來做生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)。
所以，你能看到這樣一個略顯奇特的景象——實(shí)驗(yàn)室里，有各類機(jī)械模型，有專業(yè)級的顯微鏡，以及小白鼠。
去采訪時，由于已經(jīng)結(jié)束了上一輪的實(shí)驗(yàn)，小白鼠所剩不多，正在籠子里踱來踱去，安度余生。
馮林是“80后”，本科學(xué)的電子信息工程，碩士專業(yè)是生物機(jī)器人，博士留學(xué)日本名古屋大學(xué)，跟著導(dǎo)師新井史人教授一頭扎進(jìn)了更為微觀的世界——微納米機(jī)器人。
回國后，馮林來到北航，獲得北航“卓越百人”，加入了機(jī)械學(xué)院張德遠(yuǎn)老師領(lǐng)導(dǎo)的仿生與微納系統(tǒng)研究所，之后又得到北京市“科技新星”資助。北航提倡“醫(yī)工結(jié)合”，馮林也被聘入了北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心，更深入地進(jìn)入到醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域。
“不能只是炒概念，說納米機(jī)器人未來能如何如何。”馮林一直存著這個念頭，就是要真正把納米機(jī)器人打入體內(nèi)，真正殺死體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。
就在不久前，馮林指導(dǎo)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)?wèi){借Medcreate磁懸浮膠囊機(jī)器人在第七屆中國國際大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得本科生創(chuàng)意組全國第五名。
它用到的技術(shù)，也是“復(fù)合場磁控”。
這是一款主動可控高速圖像傳輸型膠囊機(jī)器人，能對胃部等大體積消化道器官進(jìn)行全方位無死角視頻探查。膠囊機(jī)器人可以懸浮運(yùn)動，無需改變患者體位，就能完成整個胃部的覆蓋式檢查。
馮林為學(xué)生取得的成績高興，但他也知道，要完善各類治療型的微納米機(jī)器人，還“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”。
從小鼠到人體，從試驗(yàn)到臨床，還需要一步步完善和摸索，這并非坦途。“你要舍得花一輩子的時間。”馮林說。
