【青談科研】纖維機械人微創入腦 直抵病灶升治療效率

傳統治療腦腫瘤通常需要進行手術，打開大腦切除，過程複雜且存在一定風險；即使將藥物通過血液傳輸到大腦，藥物功效會因為血腦屏障而大打折扣。今期專欄中，我會為大家介紹我與團隊所研發的全球首個「磁控血液凝膠纖維機械人」(biohybrid blood hydrogel fibres,BBHF），這一創新技術，突破了傳統醫療手段的限制，將微機械人注入病人體內，通過腦脊液路徑主動運輸藥物直達到腦部的腫瘤病灶。這種利用磁控微機械人微創主動給藥方式有助增強治療效果，同時減少副作用。

為什麼腦部腫瘤的治療如此具挑戰性？儘管傳統的腦部腫瘤切除手術有效，但過程複雜且有神經損傷的風險。若通過注射藥物治療、即利用血液循環將藥物輸送到大腦，也會受限於血腦屏障過濾，大部分藥物難以直達目標位置。

此外，由於血液循環速度快，藥物在體內的停留時間較短，這可能影響療效，而在血管中操控藥物定向釋放的難度也相對較高。

免血腦屏障阻礙 增藥物滯留時間

我們所研發的「磁控血液凝膠纖維機械人」，可通過患者腦脊液作為傳輸途徑，直達腦部腫瘤位置，並釋放其攜帶的化療藥物。利用腦脊液進行傳輸能夠免卻血腦屏障的阻礙，直接接觸腦皮層；而且，腦脊液的流動速度較慢，藥物在該區域的停留時間更長，從而令局部高濃度藥效得以發揮更久，操控亦較容易。

「磁控血液凝膠纖維機械人」是由患者的血細胞、藥物分子及磁性顆粒凝固而製成，非常柔軟，體積細小。微機械人進入人體後，會像小蠕蟲般在大腦表面爬行，由於其柔軟度如同煮熟透的麵條，不會刺破大腦表面。

此外，這種機械人使用患者的血液作為原料，它不會像外來物質般容易形成蛋白冠，避免表面被體內的蛋白質包裹，影響藥物的釋放情況；同時亦能避免產生免疫反應，減少機械人被吞噬或清除的風險，從而延長藥效時間。

「磁控」是指利用外加磁場對磁化物體來進行運動控制或產生效果。由於「磁控血液凝膠纖維機械人」內部加入了微小磁性顆粒，令其可以在無線連接下進行遙控操控，可進行擺動、翻滾、爬行等多種動作，低強度磁場對人體也非常安全。這個微型機械人的體積可以按情況而進一步調整至更細小，進入傳統醫療介入器械難以抵達的部位。

當機械人到達腫瘤位置後，便會通過二十赫茲左右震盪磁場的作用被碎化，釋放出藥物。完成任務後，微機械人會在體內慢慢降解，整個過程經過動物模型驗證未觀察到造成腦組織損傷。

這研究由概念到現在的成果，和我們在深圳的合作夥伴一起歷經了約四年時間，其間我們遇到不少困難及挑戰。首要的挑戰是找尋進入腦腫瘤位置的通路。我們為此進行了大量調研，發現傳統利用腦血管的通路非常具挑戰性，最終確定腦脊液是很理想的傳輸途徑。

接下來，我們要驗證這個方法進行臨床轉化的可靠性，當中仍需要進行大量的動物模型實驗。而且，這研究涉及跨學科的合作，不但需要工程專業的知識，亦需要醫生等醫學專業人士共同合作完成。

下一階段的工作重點是必須要獲取大量可靠的動物實驗數據，以證明該方法安全和有效，才能進入人體臨床測試的階段。

目前，我們正在香港科學園的醫療機械人創新技術中心（MRC@InnoHK）及深圳進行有關實驗，這充分發揮了深港兩地合作互通的獨特優勢。我們期望，五年後可以完成動物實驗階段，其後進行臨床測試，能惠及腦腫瘤病人。

●圖、文：香港青年科學院提供

授課人：張立教授 香港青年科學院院士 香港中文大學機械與自動化工程學系