科學家開發新技術可以大規模生產生物降解微型機器人
科學家們已經開發出一種可生物降解微型機器人的大規模生產方法,這種機器人在輸送細胞和藥物後可以溶解在體內。
為了創造一種每分鐘可以生產100多個可在體內分解的微機器人技術,大邱慶北科技學院(DGIST)機器人和機電工程系的Hongsoo Choi教授團隊與韓國天主教大學首爾聖瑪麗醫院的Sung-Won Kim教授團隊以及蘇黎世聯邦理工學院的Bradley J. Nelson教授團隊合作。
以微創靶向精準治療為目標,構建微型機器人的方法有很多。其中最受歡迎的是被稱為雙光子聚合法的超精細3D打印工藝,它通過兩個激光器相交引發合成樹脂的聚合。這種技術有能力創建具有納米級精度的結構。缺點是創建一個微型機器人需要大量的時間,因為體素,即通過3D打印實現的像素,必須連續固化。此外,在雙光子聚合過程中,機器人中的磁性納米粒子可能會阻礙光路。當利用高濃度的磁性納米粒子時,過程結果可能不均勻。
為了解決目前微機器人生產技術的限制,DGIST教授Hongsoo Choi的研究團隊創造了一種方法,通過將磁性納米顆粒和可生物降解的甲基丙烯酸明膠的混合物流到微流控芯片上,以每分鐘100個的高速度製造微機器人,該混合物可以通過光固化。與現有的雙光子聚合方法相比,這可以使製造微型機器人的速度提高1萬倍以上。
然後,用這種技術生產的微型機器人與從人的鼻子中收集的人類鼻甲骨幹細胞進行培養,以誘導幹細胞粘附到微型機器人的表面。通過這一過程,製造了一個乾細胞攜帶的微型機器人,包括內部的磁性納米顆粒和附著在外表面的干細胞。當機器人內部的磁性納米粒子對外部磁場作出反應時,機器人就會移動,並能移動到所需的位置。
在現有的干細胞療法中,選擇性的細胞輸送是困難的。然而,攜帶乾細胞的微型機器人可以通過實時控制電磁場控制系統產生的磁場而移動到所需的位置。研究小組進行了一項實驗,檢查攜帶乾細胞的微型機器人是否能通過一個迷宮狀的微通道到達目標點,並因此證實機器人可以移動到所需的位置。
此外,通過將攜帶微型機器人的干細胞與一種降解酶進行孵化,評估了微型機器人的可降解性。孵化6小時後,微機器人完全解體,機器人內部的磁性納米粒子被磁場控制系統產生的磁場收集。幹細胞在微型機器人被解體的地方增殖。隨後,幹細胞被誘導分化成神經細胞,以確認正常分化;幹細胞在大約21天后被分化成神經細胞。該實驗驗證了使用微型機器人將乾細胞運送到所需位置是可能的,而且運送的干細胞可以通過表現出增殖和分化來作為一種有針對性的精確治療劑。