研究人员发明利用老鼠运输干细胞的微型机器人

工程师造出了能在人体内完成各种任务的微型机器人。今天，他们又可以在这些微型机器人的技能清单上加上新的一项了：运输干细胞。在5月30日发表于Science Robotics上的一篇论文中，研究人员描述了在一只活鼠体内推动一个受磁场控制、携带干细胞的机器人的过程。

身处一个旋转磁场中，该微型机器人可以旋转运动或是螺旋前进。由Hongsoo Choi及其团队在韩国大邱庆北科学技术研究所(DGIST)领导的研究人员还展示了他们的机器人在小鼠大脑切片、从大鼠脑中分离的血管以及多器官芯片(multi-organ-on-a-chip)中的移动。

这项新发明提供了一种输送干细胞的替代方法。干细胞在医学中越来越重要。这种细胞可被诱导成几乎任何类型的细胞，使其成为治疗神经退行性疾病(如阿兹海默症)的理想选择。

Jin-young Kim(DGIST-ETH微型机器人研究中心的主要研究院，也是这篇论文的作者之一)提到，输送干细胞通常需要针头注射，这会降低干细胞的存活率，限制其在体内的覆盖范围。然而，微型机器人具有精准输送干细胞到难以到达的区域的潜力，对周围组织的损害较小，干细胞的存活率较高。

微型机器人的优点使得一些研究小组开始在简单条件下提出不同的设计并进行测试，例如在微流体通道中或是其他静态环境中。去年香港的一个小组描述了一种毛刺状的机器人，其可以通过活的透明斑马鱼携带细胞。

这项新研究提出了一种由磁场力驱动的微型机器人，它可以成功通过活鼠携带干细胞。在另外的实验中，这些细胞分化成了多种脑细胞，如星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元细胞，并转移到多器官芯片的微组织中。Kim提到，总的来说，概念验证实验证明了微型机器人在人类干细胞治疗中的应用潜力。

这个团队使用3D激光光刻技术制造机器人，并将其设计成两种形状：球形和螺旋形。研究人员利用旋转磁场，以旋转运动驱动球形机器人，以螺旋运动驱动螺旋形机器人。研究人员报告说，这些运动方式比简单的拉力更有效率，也更适合于生物流体。

在动物活体(或人体)中对微型机器人进行导航的大挑战是如何实现实时可视化。使用fMRI(核磁共振)进行成像是没用的，因为磁场会干扰系统。作者们在他们的论文中写道，“为了在活体内精确控制微型机器人，重要的是在其移动时能够实际观测到它们。”

这在之前的活鼠实验中是不可能的，因此研究人员不得不使用称为IVIS的光学层析成像系统检查实验前后微型机器人的位置。 由于IVIS系统的局限性，他们还不得不求助于使用永磁铁的拉力来导航老鼠体内的微型机器人。

Kim说，他和他的同事正在开发成像系统，使他们能够实时查看他们的微型机器人在活体动物中的运动。

本文译自 IEEE Spectrum，由 荔枝冰糖葫芦 编辑发布。