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近日，香港中文大學(xué)(中大)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了磁控溶血酶激活劑納米機(jī)器人(tPA-nbots)治療缺血性中風(fēng)，溶栓速度提高5-20倍，能有效疏通末梢血管，減少缺血引起的腦損傷。

該團(tuán)隊(duì)還利用激光散斑對比影像掃描(LSCI)實(shí)時追蹤、輸送納米機(jī)器人、監(jiān)測血液流通狀況，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《Science Advances》和《Science Robotics》上。

研發(fā)背景

腦卒中，俗稱中風(fēng)，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中兩種類型，是全球第二大死因，亦是導(dǎo)致成年人永久傷殘和認(rèn)知障礙的最常見成因。 

在此背景下，神經(jīng)介入技術(shù)得到快速發(fā)展，尤其是機(jī)械取栓技術(shù)。然而深入腦遠(yuǎn)端區(qū)域的血管細(xì)小且彎曲，機(jī)械無法精準(zhǔn)控制取栓，因此在這個領(lǐng)域仍然是一片空白。

溶血酶激活劑﹙tPA﹚：常用于溶解急性缺血性中風(fēng)患者的血栓，然而，若使用高劑量tPA時未能定點(diǎn)輸送至血栓，反而讓藥物散布至身體其他部位，會降低溶栓成效， 甚至造成顱內(nèi)以至全身出血的風(fēng)險。

中大醫(yī)學(xué)院內(nèi)科及藥物治療學(xué)系利國偉腦神經(jīng)學(xué)教授及腦神經(jīng)科主任梁慧康教授強(qiáng)調(diào)，及時疏通大腦受阻塞的血管，恢復(fù)血流非常重要。他表示：

“中風(fēng)患者在沒有施予任何治療下，每分鐘約有190萬個腦細(xì)胞死亡。雖然在現(xiàn)有技術(shù)下，導(dǎo)管已可進(jìn)入腦動脈的主干清除血栓，但仍難以進(jìn)入遠(yuǎn)離腦動脈主干和更幼細(xì)的末梢血管。

我們需要克服此技術(shù)瓶頸，發(fā)展安全而有效的新技術(shù)，以保護(hù)大腦功能。”

因此，中大工程學(xué)院機(jī)械與自動化工程學(xué)系、中大醫(yī)學(xué)院影像及介入放射學(xué)系和內(nèi)科及藥物治療學(xué)系的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了磁控tPA-nbots。 

tPA-nbots納米機(jī)器人

tPA-nbots納米機(jī)器人是一種可回收的磁性膠體微群，由tPA（組織型纖溶酶原激活劑）和載體Fe3O4@mSiO2納米機(jī)器人組成。

其中，tPA-nbots核心技術(shù)在于Fe3O4@mSiO2納米機(jī)器人。納米機(jī)器人由磁芯、介孔二氧化硅殼和接枝的tPA外層（機(jī)器人尺寸約為 300 nm）組成。

工作原理：

將載有tPA-nbots的導(dǎo)管置入到接近血栓的位置；

然后遙控這些納米機(jī)器人到達(dá)只有亞毫米大小的血管中，啟動溶栓過程；

血塊溶解后，tPA-nbots將被導(dǎo)航回到導(dǎo)管，一并離開體內(nèi)，保證患者安全。

使用導(dǎo)管輔助磁控輸送tPA-nbots，進(jìn)行定向溶栓和原位召回的概念圖

tPA-nbots的優(yōu)點(diǎn)：

體積小，風(fēng)險低：tPA-nbots的尺寸只有約300納米，可在末梢血管中導(dǎo)航至血栓位置，定位輸送tPA。精準(zhǔn)局部施藥的方法可防止高劑量的tPA在體內(nèi)流動，降低出血風(fēng)險。

速度快：雖然減少了劑量，但較傳統(tǒng)治療，tPA-nbots的溶栓速度快5至20倍，節(jié)省疏通血管時間，減少中風(fēng)患者的腦損傷。

根據(jù)香港中文大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)介紹tPA-nbots早期臨床前研究顯示：

tPA-nbots能夠通過磁驅(qū)動和熒光成像引導(dǎo)的實(shí)時跟蹤，將tPA-nbots引導(dǎo)至亞毫米級段 (M3/M4) 的血栓部位。

通過機(jī)械作用和化學(xué)溶解提高血栓溶解效率，與純tPA相比劑量減少約42倍，但溶栓率提高約20倍。

治療后，tPA-nbots可以通過磁導(dǎo)航回球囊導(dǎo)管附近（即其尖端），并且80％的tPA-nbots可以被收集。

中大醫(yī)學(xué)院影像及介入放射學(xué)系榮休講座教授余俊豪教授指出：

“這個新治療系統(tǒng)有望將納米機(jī)械人經(jīng)導(dǎo)管輸送，并由體外磁場引導(dǎo)到末端血管或其他小血管內(nèi)的血栓位置，彌補(bǔ)單純倚靠導(dǎo)管的不足。

盡管在臨床應(yīng)用前仍有不少技術(shù)問題要解決，我相信我們正朝著正確的方向邁出重要一步。”

應(yīng)用LSCI追蹤、導(dǎo)航

為解決目前影像掃描技術(shù)對影像掃描尺寸、時間、空間解析度的限制，團(tuán)隊(duì)提出利用LSCI(激光散斑對比影像掃描)在血管內(nèi)實(shí)時追蹤、導(dǎo)航納米機(jī)器人的活動。 

通過LSCI，團(tuán)隊(duì)能在復(fù)雜的血管環(huán)境中監(jiān)測、分析缺血性中風(fēng)影響區(qū)域的血流狀況、溶栓過程和血栓狀態(tài)的變化，確保藥物傳輸?shù)男屎蜕镝t(yī)學(xué)安全。

實(shí)時監(jiān)測納米機(jī)器人在血管內(nèi)的活動，是證明其安全性和傳輸至準(zhǔn)確位置的關(guān)鍵。

透過LSCI成功觀察并追蹤納米機(jī)器人在血管模型、胎盤和小動物于靜止或快速流動的血液環(huán)境中的活動，有助調(diào)整納米機(jī)器人攜帶的激活劑數(shù)量、磁場應(yīng)用的距離、強(qiáng)度和角度。

前景廣闊

盡管在臨床應(yīng)用前仍有不少技術(shù)問題要解決，不過周毓浩創(chuàng)新醫(yī)學(xué)技術(shù)中心研究助理教授陳啟楓教授表示：

“我們所研發(fā)的tPA-nbots因其高精準(zhǔn)靶向遞送能力，大大減少治療時間及溶栓治療可能出現(xiàn)的副作用，提高治療效率及安全，因此新技術(shù)有很大的臨床應(yīng)用潛力。”

關(guān)于tPA-nbots的研究團(tuán)隊(duì)

tPA-nbots研究團(tuán)隊(duì)主要成員包括(左起)：

中大醫(yī)學(xué)院影像及介入放射學(xué)系榮休講座教授余俊豪教授；

中大機(jī)械與自動化工程學(xué)系教授張立教授；

中大醫(yī)學(xué)院內(nèi)科及藥物治療學(xué)系腦神經(jīng)科助理教授葉耀明醫(yī)生；

周毓浩創(chuàng)新醫(yī)學(xué)技術(shù)中心研究助理教授陳啟楓教授；

中大醫(yī)學(xué)院內(nèi)科及藥物治療學(xué)系利國偉腦神經(jīng)學(xué)教授及腦神經(jīng)科主任梁慧康教授。

此項(xiàng)研究獲研究資助局、創(chuàng)新科技署、InnoHK創(chuàng)新香港研發(fā)平臺的醫(yī)療機(jī)械人創(chuàng)新技術(shù)中心、周毓浩創(chuàng)新醫(yī)學(xué)技術(shù)中心、香港中文大學(xué)–中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院機(jī)器人與智慧系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室， 以及中大天石機(jī)器人研究所支持開展。