港中大研發(fā)全球首個磁控血液凝膠纖維機械人 實現(xiàn)顱內(nèi)腫瘤精準治療

對位于腦內(nèi)部或鄰近重要功能區(qū)的顱內(nèi)腫瘤長期以來是臨床治療的難題。傳統(tǒng)手術(shù)由于解剖路徑復雜，往往伴隨著不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)損傷風險；放射治療則可能導致正常腦細胞壞死；而化療受限于血腦屏障的低通透性，難以達到有效的藥物濃度。因此，如何實現(xiàn)無創(chuàng)、精準和高效的顱內(nèi)腫瘤治療，仍然是醫(yī)學界一項艱巨的挑戰(zhàn)。 

香港中文大學（港中大）機械與自動化工程學系張立教授，聯(lián)同深圳大學化學與環(huán)境工程學院王奔副教授及中國科學院深圳先進技術(shù)研究院（SIAT）研究員徐天添博士等組成的港深聯(lián)合團隊，在SIAT–港中大機器人與智能系統(tǒng)聯(lián)合實驗室成功研發(fā)全球首個磁控血液凝膠纖維機械人，于顱內(nèi)腫瘤治療領(lǐng)域取得重要突破。有關(guān)研究成果已在國際知名期刊《Nature Biomedical Engineering》上發(fā)表。張立教授、王奔副教授及徐天添博士為這次研究的通訊作者。

港中大機械與自動化工程學系張立教授帶領(lǐng)的合作研究團隊，成功研發(fā)全球首個磁控血液凝膠纖維機械人，實現(xiàn)顱內(nèi)腫瘤精準治療。

針對此技術(shù)難題，港深團隊日前成功研發(fā)一種基于患者自身血液的磁控血液凝膠纖維機械人。機械人從患者血液中提取纖維蛋白作為原料，并以仿生凝膠化技術(shù)建構(gòu)與腦內(nèi)組織結(jié)構(gòu)高度匹配的柔性機械人，有助顯著降低免疫排斥的風險。團隊在機械人內(nèi)部加入磁性顆粒，使其能夠進行擺動、翻滾、爬行等多種仿生運動模式，可以靈活地在蛛網(wǎng)膜下腔等復雜腦區(qū)移動。結(jié)合X光成像技術(shù)，讓治療過程可以實現(xiàn)即時追蹤與精準定位。另外，團隊摒棄了傳統(tǒng)的血管傳送路徑，突破性地選擇腦脊液作為機械人運輸?shù)摹疤烊缓降馈保Y(jié)合特設的多模態(tài)磁控運動策略，使機械人能夠在腦部結(jié)構(gòu)中精準導航，直達腫瘤病灶。到達靶點后，機械人在高強度交變磁場的作用下，以磁性引致機械斷裂的機制，釋放其攜帶的化療藥物，局部提升藥物濃度，增強治療效果并減少副作用，為顱內(nèi)深部及鄰近的腫瘤提供了一種無創(chuàng)、精準及高效的新治療方案。

圖1：磁控血液凝膠纖維機械人結(jié)合磁控單元與X光透視技術(shù)，有效將機械人傳送患者顱內(nèi)進行治療。

圖2：磁控血液凝膠纖維機械人具備多模式多模態(tài)磁控運動策略，使機械人能夠在腦部結(jié)構(gòu)中精準導航，直達腫瘤病灶。

圖3：團隊曾在豬只身上試用磁控血液凝膠纖維機械人，進行活體顱內(nèi)腫瘤治療。

張立教授表示：“這種創(chuàng)新的磁控血液凝膠纖維機械人系統(tǒng)，融合了生物材料與智能微型機械人等多學科前沿技術(shù)，充分體現(xiàn)了香港與深圳在生物材料、軟體機械人及醫(yī)學影像等領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新和資源分享優(yōu)勢，為顱內(nèi)深部及鄰近功能區(qū)腫瘤的醫(yī)療，以及精準及無創(chuàng)治療開辟了全新路徑。”

王奔副教授表示：“港深團隊早期專注研究以納米機械人進行溶栓治療。在探索血栓柔軟結(jié)構(gòu)的過程中，研發(fā)出磁控血液凝膠機械人，它不僅配備貼近腦內(nèi)組織的材質(zhì)，還具備在患者體內(nèi)狹窄腔體中靈活移動的能力。更重要的是，機械人的生物材料取自患者自身，有效避免了免疫排斥，大大提升了未來臨床應用的可行性。”

徐天添博士表示：“港深團隊透過結(jié)合高精度的磁控系統(tǒng)及即時影像追蹤技術(shù)，讓血液凝膠纖維機械人可以在腦脊液等復雜環(huán)境中能夠高效且精準地導航至病灶，為微型機械人在醫(yī)學領(lǐng)域?qū)嵺`自動化治療提供了一個新范例。”

這次研究不僅展示了深港協(xié)同創(chuàng)新的強大實力，也為個人化醫(yī)療和智能醫(yī)療機械人在醫(yī)學領(lǐng)域的廣泛應用奠定了堅實基礎。研究第一作者，深圳大學王奔副教授，于港中大張立教授的研究團隊中完成了博士學位。由張教授與徐博士聯(lián)合成立的SIAT–港中大機器人與智能系統(tǒng)聯(lián)合實驗室，組織了多學科研究團隊，為項目的快速推進和技術(shù)突破提供了穩(wěn)健的支持。未來，深港團隊將繼續(xù)提升生物材料與機械人的運動性能，拓展至不同醫(yī)療應用范圍，并積極推動臨床轉(zhuǎn)化。

這項研究獲香港研究資助局（RGC）、裘槎基金會、國家自然科學基金、深圳市科技計劃的資助，以及SIAT–港中大機器人與智能系統(tǒng)聯(lián)合實驗室和創(chuàng)新香港研發(fā)平臺（InnoHK）醫(yī)療機械人創(chuàng)新技術(shù)中心的支持。研究全文可參閱：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01382-z

張立教授目前在深圳研究院參與的項目：

1、MOST-國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”重點專項：藥物靶向遞送場控微納機器人與驅(qū)控系統(tǒng)（項目名稱）體內(nèi)劇變雷諾數(shù)環(huán)境下多場耦合動力學與集群調(diào)控（項目編號：2023YFB4705603）

2、橫向項目-三維亥姆霍茲線圈系統(tǒng)服務

3、橫向項目-適配共聚焦拉曼光譜儀的三維磁控線圈系統(tǒng)服務

圖文轉(zhuǎn)載自[香港中文大學 CUHK] 公眾號 (ID:CUHK-Official)