微型机器人在医学治疗中的突破与应用

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微型机器人在医学治疗中的突破：以加州大学圣地亚哥分校（2024USNews美国大学排名：28）的研究为例

2024年6月26日，加州大学圣地亚哥分校的工程师们宣布了一项令人振奋的突破：他们开发了一种口服胶囊，能够释放微型机器人（microrobots）进入结肠，以治疗炎症性肠病（IBD）。这种实验性治疗在小鼠身上显示出显著的成功，显著减少了IBD症状，并促进了受损结肠组织的愈合，且没有引起毒性副作用。这一研究由梁方张和约瑟夫·王教授领导，展示了微型机器人在医学治疗中的巨大潜力。

微型机器人在医学治疗中的发展

微型机器人在医学领域的应用并非首次。2024年6月12日，加州大学圣地亚哥分校的工程师们还开发了一种基于藻类的微型机器人，用于肺癌治疗。这些微型机器人能够在肺部游动，将抗癌药物直接输送到转移性肿瘤。研究表明，这种方法在小鼠中显示出抑制肿瘤生长和扩散的潜力，提高了生存率。研究成果发表在《科学进展》杂志上。

这些微型机器人结合了生物学和纳米技术，由Joseph Wang和Liangfang Zhang教授的实验室共同研发。研究人员将装有药物的纳米颗粒化学附着在绿色藻类细胞表面，藻类提供运动能力，使纳米颗粒能够在肺部高效游动并将治疗药物输送到肿瘤。纳米颗粒由可生物降解的聚合物球体制成，内含化疗药物阿霉素，并涂有红细胞膜以避免免疫系统的攻击。研究表明，这种纳米颗粒携带的藻类是安全的，所用材料具有生物相容性，绿色藻类也被美国食品药品监督管理局认可为安全。

炎症性肠病（IBD）及其全球影响

炎症性肠病（IBD）是一种自身免疫性疾病，特征是肠道的慢性炎症，影响全球数百万人，导致严重的腹痛、直肠出血、腹泻和体重减轻。2024年5月17日，Mayo Clinic News Network发布了一篇关于IBD的文章，指出5月19日是世界炎症性肠病日，全球有超过1000万人患有这种慢性疾病。IBD会导致消化道的炎症，但也可能影响身体的其他部位。

Mayo Clinic的胃肠病学家Victor Chedid博士详细解释了IBD的定义及其症状管理方法。IBD主要分为两种类型：克罗恩病和溃疡性结肠炎。克罗恩病可以影响从口腔到肛门的任何部位，而溃疡性结肠炎仅影响结肠。患者常见症状包括腹泻、直肠出血、疲劳、体重减轻以及腹痛和关节痛。虽然IBD没有治愈方法，也没有确切的病因，但可以通过药物减轻炎症，饮食调理也有助于缓解症状。常见的治疗方法包括抗炎药、免疫抑制剂、生物制剂、抗生素、营养疗法和手术。

可生物降解聚合物纳米颗粒及其应用

在微型机器人治疗IBD的研究中，纳米颗粒的仿生设计使其非常有效。它们由可生物降解的聚合物纳米颗粒制成，并涂有巨噬细胞膜，使其能够作为巨噬细胞诱饵，自然结合促炎细胞因子而不被触发产生更多细胞因子，从而打破炎症循环。

2024年1月15日，中央大学（Chung-Ang University）研究团队在《Carbohydrate Polymers》期刊上发表了一篇关于塔拉胶（tara gum）作为绿色聚合物的研究综述。塔拉胶是一种从塔拉树种子中提取的天然水溶性物质，含有多糖类物质，如广泛应用的半乳甘露聚糖。由于其生物相容性、生物降解性和安全性，塔拉胶在食品和药物行业中具有重要应用价值。

研究团队由韩国中央大学的Sangkil Lee教授领导，详细审查了塔拉胶的提取、分离和表征方法，以及其在食品和药物行业中的应用，包括开发pH敏感的食品包装和药物递送系统。研究还探讨了塔拉胶在食品工业中的应用，如生物聚合物包装、监测海鲜和牛奶变质、作为凝胶剂、短期保护食品免受氧化等。此外，塔拉胶在药物行业中的应用也被详细描述，包括维生素D-3的控释、抗菌水凝胶的开发、铁的递送以及药物的控释等。

巨噬细胞膜在医学治疗中的作用

在微型机器人治疗IBD的研究中，巨噬细胞膜的应用是一个关键因素。巨噬细胞膜能够作为巨噬细胞诱饵，自然结合促炎细胞因子而不被触发产生更多细胞因子，从而打破炎症循环。

2024年6月26日，Li等人在《Nature Nanotechnology》上发表了一项研究，介绍了一种新型光敏剂的合成，该光敏剂具有独特的聚集诱导发光（AIE）特性。他们将这种光敏剂微胶囊化，包裹在预活化的巨噬细胞膜（CM）涂层的纳米颗粒（NPs）中。这种创新方法在纳米医学领域标志着一个重要的飞跃，为克服抗生素耐药性提供了一个精确的结核病（TB）治疗途径。

结核病是一种由结核分枝杆菌引起的威胁生命的慢性传染病，是全球健康的重大挑战之一。传统的结核病治疗效果有限，毒性高，且抗生素耐药性问题日益严重，迫切需要新的治疗方法。Li等人的研究通过将AIE化合物与抗生素结合在工程化的NPs中，提出了一种协同治疗策略。他们合成了一种新型光敏剂（TPE-BT-BBTD），具有AIE特性，能够在单一剂量中实现光热治疗（PTT）和生物成像的双重功能。通过纳米沉淀法，他们使用聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）聚合物将该化合物微胶囊化，并用预活化的巨噬细胞膜包裹，形成BBTD@PM NPs。

这种方法利用了增强的渗透性和滞留效应（EPR）以及特定的受体-配体相互作用，实现了对结核病灶和内部结核分枝杆菌的直接靶向。研究表明，这些NPs在体内外均表现出优异的靶向和杀菌效果，且毒性较低。该研究为未来利用尖端纳米技术治疗传染病奠定了基础，尽管在临床应用前仍需解决一些关键问题，如生物安全性、规模化生产和长期安全性等。

结论

加州大学圣地亚哥分校的研究团队在微型机器人治疗IBD方面的突破，展示了微型机器人在医学治疗中的巨大潜力。这种基于纳米技术和生物学的创新方法，不仅在小鼠实验中显示出显著的疗效，还为未来的临床应用奠定了基础。通过结合可生物降解的聚合物纳米颗粒和巨噬细胞膜，这种治疗方法能够有效减少炎症，促进组织愈合，并最小化毒性副作用。

此外，微型机器人在其他疾病治疗中的应用，如肺癌和结核病，也展示了其广泛的潜力。随着技术的不断进步，微型机器人有望在未来的医学治疗中发挥越来越重要的作用，为全球数百万患者带来新的希望和治疗选择。