《Science》子刊：新型納米機器人可進入活體癌細胞，為癌症治療帶來希望！

導讀

在醫學技術飛速發展的今天，不少人還是會提「癌」色變，視癌症為「絕症」的代名詞。加拿大多倫多大學的研究人員開發了一款新型納米機器人，它將帶領我們從細胞的角度，更加直觀地觀測細胞在癌症不同時期的狀態，為癌症治療帶來新的希望。這項成果發表在新一期美國《Science Robotics》雜誌上，論文鏈接：

http://robotics.sciencemag.org/content/4/28/eaav6180

作者：凜冬

編輯：Aliey

新型納米機器人裝置介紹

這款新型納米機器人在多級磁性「鑷子」的操控下，可以實現在活體細胞中精準活動。這裡的多極磁性鑷子裝置由6個磁極、6個線圈組成，其中3個磁極和3個線圈被裝在頂部，另外3個磁極和3個線圈被嵌在底部。如圖：

（裝配過程）

「鑷子」採用的是高磁導率箔製成的尖端，可以保證極大的磁梯度。該裝置被放置在顯微鏡的玻片上，以保證微珠進入放置在玻片上的細胞時受到三維磁場的力，如圖

在將微珠通過細胞微注射或內吞引入後，進入線圈產生的磁場。進而被「磁化」，研究人員可以通過計算機演算法改變6個磁線圈的電流建立三維磁場，實現微珠在細胞內的三維導航以及可以控制微珠向細胞內的結構施加力。

為實現細胞胞內微珠的控制和較高的解析度的視覺反饋，研究人員在計算機演算法上也下了苦工，提出了一種廣義預測控制演算法（GPC）。該演算法能夠較好地考慮到微珠的動態特性，提供更好的視覺反饋，使得空間和時間上的機械測量成為現實。

磁性微操作技術的優勢

磁性微操作技術近年來取得了不小的發展，已被運用於藥物傳遞、組織結構組裝以及在器官、組織和細胞水平進行毫米到微米的機械測量。

這裡要提到，細胞胞內測量和操作技術的方法分為栓系法和無栓法。

栓系法是利用原子顯微鏡（AFM）或者鋒利的微量吸液管等，這種方法不適合長期在細胞內測量或者在一個細胞內結構的多個位置測量。

（光鑷系統）

無栓法目前主要有光鑷和聲鑷。光鑷是利用激光來製造「光阱」困住微小物體，以實現移動光束來移動微小物體的目的。聲鑷則是利用聲波的壓力來推動微小物體，可以同時操控多個微小物體。但是這兩種方法都有各自的缺點。光鑷的激光容易能量不足而無法驅動磁珠運動，但若過高提高激光強度，則會損傷細胞的結構。聲鑷的控制精度太差，且拘泥於二維。

(利用聲鑷將癌細胞和正常細胞分離)

相比以上的方法，多極磁性鑷子可施加的力量比激光高了一個數量級，精度上也大大提高，且實現了三維導航。同樣地，比之一般單極磁鑷產生的單向引力，多極磁鑷因為其線圈的個數和安放位置可以在三個方向上產生引力，將微珠的控制擴展到了三維空間。

（三維磁場）

新型納米機器人的應用

在細胞整個生命周期中，存在著一種推動、拉動和擠壓細胞的力，這個力被稱為牽引力。從細胞層次上測量這種牽引力的變化，可能是一種早期檢測癌症的手段。已經有科學家提出過利用彈性微球來測量細胞間的力，並且已經成功測量出了壓縮力、拉力和剪切力。

研究團隊也利用多極磁鑷進行了在癌細胞中施加力的實驗，來探究細胞核在受到所施加力時的硬化程度。研究人員還將磁珠導入膀胱癌細胞，在細胞核上施加力，在反覆實驗後測量出其硬化的程度，並將膀胱癌細胞早期和晚期核硬化程度進行比較，發現早期癌細胞的核硬化反應要輕很多。因此這種方法有望成為診斷癌症的方法之一。

（磁珠被引入細胞，然後被控制導航到核膜上）

研究人員還提出了一個「大膽」的想法，用這種納米機器人來阻塞腫瘤血管，阻斷癌細胞的養分，以此達到「餓死」癌細胞或者直接破壞癌細胞的目的。這個方法比現在的化療、放療和免疫療法要溫和得多，或許能為癌症治療打開另外一扇門。

END

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