纳米机器人，将会带来一场医学革命！
⬆︎ 点蓝字关注
全球风口 丨 你的全球科技前哨侦察兵
目前的癌症治疗手段中，化疗手段是被广泛使用的一种，但这种方式会产生非常严重的副作用，化疗会杀死所有快速分裂的细胞，包括癌细胞也包括其他健康细胞。纳米机器人或许将成为替代化疗和其他癌症疗法的新方法。
纳米医疗技术的尺度非常小，DNA 的宽度大约是 2 纳米，而一些纳米医疗工具的大小比 DNA 还要小。
· 治疗癌症的纳米机器人
2018年10月份创新地图举办的前哨美国西南考察团活动期间，就有幸结识了来自亚利桑那州立大学的颜灏教授。
颜灏教授是国际公认的DNA纳米技术领域的顶尖科学家，2018年他与中国科学院国家纳米科学与技术中心（NCNST）研究团队合作，在Nature Biotechnology发表了研究成果。研发出了一种可编程、基于 DNA 折纸技术的纳米机器人系统，这种纳米机器人可找到肿瘤，然后阻断血液供应来影响肿瘤的生长和转移。
通过选择性地切断血液供应来“饿死”肿瘤的效果是很引人注目的。例如，如果阻断血液，几个小时就能够从肿瘤的状态看到效果，并且适用于几乎任何类型的肿瘤。
颜灏团队将 DNA 折纸技术作为这个DNA 纳米机器人系统的基础，从而将凝血酶特异性地递送至肿瘤，并在肿瘤供血血管中形成血栓，但不影响健康组织中的脉管系统。
通过对携带乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌和肺癌的小鼠进行试验，研究人员找出了 DNA 纳米机器人在癌症供血血管中的“安营扎寨”方式，有效切断了肿瘤的氧气和营养物“供给生命线”。
这种方法可以控制肿瘤代谢，让肿瘤发育不良，并可抑制部分肿瘤的转移。
这项研究为非常精确的药物设计和靶向癌症治疗开发了首个完全自主的 DNA 机器人系统，并且由于所有实体瘤的供血血管基本相同，这项技术可用于多种类型的癌症。
这种创新方法的治疗效果在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌及原发肺癌等多种肿瘤中都得到了验证。并且小鼠和Bama小型猪实验显示，这种纳米机器人具有良好的安全性和免疫惰性。DNA纳米机器人代表了未来人类精准药物设计的全新模式，为恶性肿瘤等疾病的治疗提供了全新的智能化策略。
相比于病毒或质粒做载药体，DNA机器人没有毒性，也不会产生外来物的抗异性。原料来源相对安全，对人无害。同时，机器编程也让靶向定位更加精确了。
通过加入分子计算机（比如加入分子逻辑门来识别不同靶向来做决定）可能避免靶向药物脱靶的可能。
这是第一个完全自主的DNA机器人系统，我们能够看到，这项技术的应用非常广阔，它可以作为一个载药平台，投入各种其他疾病的治疗当中。
颜灏教授的团队已在美国成立Nanobot Biosciences Inc.公司，积极拓展DNA 和 RNA纳米技术及纳米机器人在精准治疗和免疫治疗的应用空间。
· 精准送药的纳米机器人
2019年EPFL和苏黎世联邦理工学院的科学家，利用仿生学发明了一种特殊的螺旋结构纳米医疗机器人。
它通过 3D 打印制造出来特殊结构，模拟的是大肠杆菌鞭毛的形态。这种特殊形状的纳米机器人，就可通过磁力的控制，实现在血液和组织里自由地移动，可以把救命的药物送到你体内难以到达的那些地方。
这种纳米机器人是由含有磁性纳米颗粒的水凝胶复合材料（MNP）制成，允许通过电磁场控制它们。研究人员没有在纳米机器人内部填充微型传感器、电池和驱动器，而是在纳米复合材料中加入磁性纳米颗粒，以适应周围电场的变化。然后，这些机器人会被提前编程，可以根据指令提前变形或者利用流体流动自行通过腔体。
如果它们遇到粘度或渗透浓度的变化，还会改变形状以保持其速度和机动性而不会失去对运动方向的控制，这样就可以轻松地穿过密集，粘稠或快速移动的流体。
这款机器人还有另一个关键优势，那就是材料费用低廉，研究人员希望未来可以以合理的成本批量生产这款机器人。
· 治疗血栓的纳米机器人
2020年5月，南京师范大学课题组的研究论文在Science子刊Science Advances上发表了《Platelet-derived porous nanomotor for thrombus therapy》
静脉血栓形成，包括深静脉血栓形成和肺栓塞，在世界范围内发病率较高，年发病率约为1 - 3‰，具有潜在的生命危险。目前静脉血栓形成的治疗主要分为两个阶段：早期采用溶栓药物使静脉再通，后期采用抗凝药物防止血栓再生。
南京师范大学课题组研究开发了一种血小板膜修饰、可自主运动的多级孔纳米机器人，用于连续靶向给药以实现短期溶栓和长期抗凝的目的。
血小板膜可以协助多级孔纳米机器人在血液循环中靶向到达血栓部位。
多级孔结构包含了外侧较大尺寸的大孔结构（50 nm左右）和内侧较小尺寸的介孔结构（5 nm左右），这种特殊结构可实现在外侧的大孔结构中装载尺寸较大的溶栓药物尿激酶，而内侧的介孔结构则可装载尺寸较小的抗凝药物肝素，由此完成溶栓药物的快速释放（3小时左右）和抗凝药物的缓慢释放（20天以上）；在近红外光（组织穿透力强、对人体伤害性小）照射下，纳米机器人能够自主运动，靶向到达血栓部位后利用运动能力深入渗透至栓体内部，由此更好地发挥治疗效果。
这种机器人可以替代口服等给药方式，负载各种药物，直达血栓部位，深入渗透至栓体内部，更好地发挥治疗效果。纳米溶栓机器人，为治疗血栓提供了新思路。
虽然纳米机器人技术目前仍在研发试验阶段，有些技术障碍还有待破解，但是未来纳米机器人将会带来一场“医学革命”，在抗癌、去除血块、清洁伤口、治疗痛风、粉碎结石等方面释放出巨大的潜力。
关于医疗纳米机器人的未来应用，你还有哪些想法或者案例，欢迎在留言区和我们互动。