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微型机器人可直接在体内对付癌细胞

发布时间: 2017-03-20 08:52     来源: 北京晨报

近日,抗癌大军又迎来了一股新力量,《科学·机器人学》杂志刊登了一项新的研究成果,研究人员利用磁场,远程控制带有磁性的微型机器人在人体内进行“作业”。

微型机器人可直接在体内对付癌细胞

单独做任务 分工各不同

过去的10年中,磁力技术不仅在工业领域得到了广泛的应用,还在医学领域赢得了一席之地——利用磁力远程控制人体内的医疗器械。例如可以通过磁力辅助远程控制导管系统进行简单的血管内操作;或者利用磁力引导接受检查者体内的胶囊摄像机,通过在“胶囊”中植入永磁体,在患者体外设置磁场,通过磁场产生的引力将胶囊摄像机引导到想要检查的部位。除此之外,还曾有研究利用磁场同时控制成群的小磁铁。按理说,如果能“指挥”这样一支由微型机器人组成的团队,那么在协助治疗癌症等重大疾病上就能发挥巨大作用。

不过,领导这样一支特殊团队可不简单,需要强大的运筹帷幄能力,懂得“调兵遣将”。可是,靠磁力指挥队伍实在是个巨大的挑战。我们都知道,磁场能影响到范围内的所有物体,如果这些物体又具有相同的性质,那么只可能是一呼百应,“呼啦啦”都朝一个方向去了,很难分别下达命令。

微型机器人可直接在体内对付癌细胞

为了解决单独指挥“队员”的难题,使这些微型机器人能够分别以不同速度朝不同的方向移动,来自德国汉堡飞利浦研究院的研究人员开发出了新方法,能够在一支完全相同的螺旋机器人团队中控制任意一名成员,使它能够单独执行特殊任务。“我们的技术能让微型机器人在人体内部实现复杂的操作。”该研究的第一作者,物理学家尤尔根·拉姆说。

操控靠磁场 类似抓娃娃

首先,拉姆的团队打造了许多完全相同的螺旋机器人,接着,利用一个强大的、均匀的磁场将这些螺旋机器人固定住。在这个强大磁场中有一个洞,微型机器人是相对“自由的”。利用这个自由点位,在大磁场上叠加一个相对较弱的、温和的旋转磁场,就可以控制自由点位中的螺旋机器人旋转,又不会影响到其他“队友”了。另外,研究人员可以通过调整大磁场来变换自由点位的位置,这样就有了像“抓娃娃机”一样的功能,可以自由选择单个机器人。

实验中,研究人员成功地让几个螺旋机器人同时朝着不同方向精确地旋转。该研究团队指出,理论上,他们可以同时操纵数百个微型机器人。“有人想到利用螺旋传动原理,这样微型机器人在人体内执行某些操作时就不用依靠电池或者马达作动力了。”拉姆说。

微型机器人 用处特别多

在掌握了这门先进的“排兵布阵术”后,研究人员已经想好了一大串可以让这支团队大展拳脚的“职场”。

一种是在可注射型微型药丸上配备微型螺旋机器人。医生可以利用磁场远程遥控螺旋机器人,“指挥”其旋转打开药丸释放药剂。利用这种方法,医生可以确保含有放射性成分的药物只“盯着”肿瘤,并将其摧毁,而不会影响到周边健康的组织,从而减少副作用。另外,一旦药物释放出了所需治疗剂量的放射物,医生可以用磁力遥控关闭药丸。这种药丸由金属材料制成,以具备防止放射性物质泄漏的性质。

还有一种是用于整形外科等涉及植入物的情况,医疗植入物可以随着时间发生改变。例如,随着病人的痊愈,医生可以利用磁力改变植入物的形状,以便更好地适应患者的体型。

按照拉姆的设想,未来,研究人员将能开发出更加小巧的磁场装置,用于控制微型机器人。同时,利用X光机或超声波扫描仪等造影技术,准确定位这些微型机器人的“工作场所”。

抗癌“三十六计”

增加防御——让免疫系统自己动手

除了科学家们费心为我们找到的各路“帮手”,我们人类自身能不能努力一把呢?要知道,我们自身的免疫系统是一个非常强大又复杂的存在,它能识别出入侵者的几乎无限种“嘴脸”,并将其摧毁。在了解癌症及免疫系统间的互动后,研究团队正以此努力开发调动身体自然防御潜力的新疗法,并称之为免疫疗法。

强强联合——抗体抗原杀死癌细胞

当我们的身体受到外来细胞如病毒或细菌感染时,免疫系统就会立即做出反应。生成的抗体会与外来细胞表面的蛋白质——抗原相结合。有时这一过程足以中和外来细胞,其他情况下,抗体和抗原结合“标记”该细胞,作为T淋巴细胞的消灭对象。免疫疗法可以对免疫系统进行“培训”,使其生成可以与癌细胞抗原结合的抗体,从而阻止这些抗原蛋白的促生作用,或者标记癌细胞为免疫细胞摧毁的对象。

引进外援——利用药物刺激免疫系统

免疫疗法中颇具前景的一种就是合成的单克隆抗体。这些药物可以“缠住”癌细胞抗原并标记让它们去死。

虽然抗体介导治疗具有一定前景,但是这种药物并不是上上策,加之超过10万美元的天价,对于大多数癌症患者和家庭来说都是种负担不起的治疗方案。

自力更生——利用疫苗对抗癌细胞

俄亥俄州立大学综合癌症中心阿瑟·G·詹姆斯肿瘤医院和理查德·J . Solove研究所以及全球其他机构中的研究人员,正在研究能够触发相同机制的单针疫苗。将精心设计合成的蛋白质通过接种疫苗或免疫接种的方式输入体内,可以训练免疫系统识别癌细胞的抗原。相比抗体介导治疗,这种方法“物美价廉”,一次有效接种能使患者获得数年的“战斗力”,而且费用远低于1000美元。

以毒攻毒——释放病毒军队进行攻击

除了上述方法,研究人员意识到可以训练病毒来抗击癌症,而且这种方法有双重好处。这些溶瘤病毒可以直接攻击癌细胞,并能在病变细胞内大量复制,导致病变细胞的爆裂。和接种疫苗一样,溶瘤病毒能够打造一个长期又坚固的防御系统,在几个月甚至几年时间内训练免疫系统攻击癌细胞。

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