2017年12月7日 星期四

中大研磁力導航微型機械人滅癌通血管 [壹週刊 - 1448 - 生活] __,癌,M1,

中大、南韓大邱慶北科學技術院、瑞士蘇黎世聯邦理工學院早前宣布,合作成立「創新醫學科技聯合研究中心」,共同研究和發展創新醫療科技以診治消化道及心血管疾病 ...






中大、南韓大邱慶北科學技術院、瑞士蘇黎世聯邦理工學院早前宣布,合作成立「創新醫學科技聯合研究中心」,共同研究和發展創新醫療科技以診治消化道及心血管疾病。

壹路健康

中大研磁力導航微型機械人滅癌通血管

古人為尋仙丹,打生打死,無非只為長生不老,在醫療科技發展到猶如科幻小說情節的今日,仙丹只能成為歷史故事。

中大校長沈祖堯教授曾表示,中大在二○一六至二○二○年期間,會投放資源,強攻跨學科研究,當中包括精準醫學和微型機械人研究。

早前就宣布與瑞士及南韓兩所學府結盟,成立「創新醫學科技聯合研究中心」,共同研究和發展醫療科技,包括微米或納米*機械人,

以應用於檢測及治療消化道及心血管疾病。

簡單來說,就是不動刀,利用成千上萬的微型機械人,載藥直達患處進行精準治療,甚至為我們打通心血管、殺滅癌細胞。

將來,長生不老,也許不是夢!

*納米技術是研究和應用極微細的東西,以納米比例(介乎 1至 100納米)進行在科學、工程與技術方面的研究。

1納米等於十億分之一米,例如一根頭髮大概是 8萬至 10萬納米闊。

早於一九五九年,諾貝爾獎得主理論物理學家理查.費曼( Richard P. Feynman),就率先提出利用微型機器人治病的想法。套用他的說法,就是「吞下外科醫生」。聽來很科幻,誰知專家在數十年後,致力達成此荒誕念頭,且有望應用於醫療上!試想像,細到肉眼看不到的微米或納米機械人,成隊軍隊進入身體,經血管、消化道,直達患處,用來定位影像得,用來傳送藥物又得,用來清走有害物質,甚至殺滅癌細胞都得,還不是宇宙最強的

三方五年時間表

三間學府結盟,宣布會在未來五年集中研究腸胃和心血管疾病的檢查、技術和治療科技。目前三方各有相關技術正在研究中,各有不同程度的研究成果,結盟後,三方將共同研究,取長補短,有助加快新技術面世的步伐。

磁力微型機械人

研究機構:中大工程學院

技  術:以磁力操控體積極其細小的微型機械人,透過導管經人體然孔道,直達病灶,每次操作出動數以萬、甚至百萬計的 微型機械人,有助增強掃描成像的對比度和提高治療成效 。

實際用途:配合內窺鏡,微型機械人進入人體難以觸碰之處,例如綿長多彎的小腸,以診斷及治療消化道癌症。此外,它們亦 有助於生物醫學應用,例如藥物傳送、體內感應和靶向治 療。







內窺鏡進入人體消化道。





內窺鏡釋出微型機械人。





微型機械人在消化道進行早期診斷及靶向治療。

新技術省時減不適

中大醫學院周毓浩創新醫學技術中心主任趙偉仁教授,先介紹磁力導航內窺鏡,以小腸為例,解構一下納米醫療技術對治療消化道疾病的「潛質」。「現有的小腸檢查方法有吞入式膠囊內窺鏡和一般內窺鏡,前者無法取得組織,亦難以定位觀察病變組織;後者則因小腸又長又多彎,內窺鏡深入程度有限,而且由於需要球囊撐起小腸以便內窺鏡推進,檢查時間較長,病人不適感覺亦較強烈。相反,利用直徑只有十毫米的磁力導航內窺鏡,能精準地在整條小腸內走動,比起現有檢查方法,能夠大大縮短一半檢查時間至三十分鐘,亦能減輕病人於過程中所承受的痛楚或不適。」兩間學院目前正合作開發一種新型磁力導向活檢鉗,配合此微型內窺鏡在體內抽取組織,團隊目標是在三年內進行臨床試驗。

磁力導航導絲微型機械人





崔弘洙教授表示,導絲微型機械人能準確進入病灶進行手術,有效縮短手術時間,並提升治療的準確性。

研究機構:大邱慶北科學技術院( DGIST)

技  術:用於血管內治療的「導絲微型機械人」,裝置末端是微型機械人,連接着一條導絲,透過磁力導航。由於導絲微型機械人是用柔軟的物料製成,因而可利用低強度的外置磁力驅動,從而進行治療。

實際用途:導絲微型機械人輔助治療心血管手術,例如俗稱「通波仔」的冠狀動脈介入手術,用以打通栓塞的心血管。導絲微型機械人可透過磁力導航,準確直達病灶,並進行手術程序,既可縮短手術時間,亦能提升治療的準確性。

磁力導航內窺鏡

研究機構:蘇黎世聯邦理工學院( ETH Zurich)

技  術:透過磁力導航的內窺鏡直達病灶,然後由末端直徑僅 10毫米的儀器,進行檢查、細胞活檢及藥物傳送。

實際用途:用於心臟及消化道。例如心臟消融術,透過長而柔軟的導管,將能量傳遞至引起心律不正的心臟組織,以消融不正常組織。用於消化道時,則能精準地進入整條綿長多彎的小腸,相比現有的療法,新技術既能大大縮短一半檢查時間,亦可減輕病人於過程中所承受的痛楚。





儀器直徑僅十毫米。





磁力導航內窺鏡進行小腸檢查過程只需約三十分鐘,僅為現時全面檢查小腸程序所需的一半時間。

結盟集各家之長

事實上,微米和納米醫療機械人是醫療科技發展的大方向,上述之磁力導航內窺鏡由瑞士蘇黎世聯邦理工學院研發,並已應用於心臟消融術,以治療心律不正。該學院機械人與智能系統研究所所長 Bradley Nelson教授表示:「我們十五年前已開始研究及開發微米和納米醫療機械人,亦有專門製造和組裝微米/納米機械人部件所需工具和程序的部門。我們於二○一三年已與大邱慶北科學技術院合作研發與心血管疾病相關的醫療科技,而今年三月亦與中大結盟,共同研發醫療科技用以治療消化道疾病。」

另一盟友大邱慶北科學技術院機械人工程學系生物微米機械人研究所所長崔弘洙教授透露:「除了研發以磁力導航的心血管導管及微型機械人介入技術來治療血管栓塞外,我們亦會探討用微型機械人載藥或細胞的可行性,務求以最少劑量的藥物達到最大的醫療效果,而若能運載細胞,就可將幹細胞傳送到退化組織或器官,令相關部位得以再生。」趙偉仁教授補充:「利用磁力導航和微型機械人,將來亦可應用於眼球疾病,例如視網膜病變,腦部疾病的話,則可導入至腦部深處進行治療,例如醫治柏金遜症。」

不過,三方均承認,研究之路漫長,更面對很大困難和挑戰,研究項目由實驗室測試到臨床人體應用,需時漫長,而且要經過法例批核,因此,這些微型機械人軍隊面世之日,尚要耐心等待。





利用螺旋藻旋轉前進的特性,中大張立教授、博士研究生鄢曉暉博士,聯同英國曼徹斯特大學共同利用螺旋藻,研發出生物合成微型機械人。





顯微鏡下,用螺旋藻人工合成的微型機械人。





放大一萬倍的微型機械人模型。

天然「機械人」

說醫療用的微型機械人,總想起金屬,實情醫學界近年研究的微型機械人,物料卻多來自生物合成,務求能在完成「醫療任務」後,安全排出體外,又或在體內降解。中大在此範疇亦有突破,早前聯同英國曼徹斯特大學,研發出全球首個可在活體內追蹤和降解的生物合成微型機械人,說的機械人,是由數以十萬計,甚至更多的螺旋藻群組成。

參與研究的中大機械與自動化工程學系副教授張立教授指出,螺旋藻自體熒光的特性,在影像檢查方面,將有助醫生追蹤病灶、定位和成像。「此外,專家亦藉着改變螺旋藻微型機械人的浸泡,來調節鐵磁性納米顆粒的厚度,這樣的話,就能控制機械人在人體的降解速度,務求讓它有足夠時間移動到病灶進行診斷和治療。」另一有份參與是項研究的博士研究生鄢曉暉博士補充:「螺旋藻自體熒光顏色和光暗的變化,也能反映體內酸鹼度,或許可偵測到癌細胞。原理就是,腫瘤是酸性的,當機械人進入人體後,顏色會是紅色而且很光亮,但當遇到癌細胞,機械人就會變得愈來愈暗淡。」

話雖如此,研究團隊強調,目前研究仍在初步階段,實際的醫療效用及安全度等,仍有漫長的研究之路要走。張立教授透露:「我們將從結構設計及材料選擇,改善微型機械人的功能性和醫療微型機械人系統的研發,繼續改良和驗證它的降解度、安全性和效用。」

技  術:改造天然微生物螺旋藻,將它們浸泡於鐵磁性納米顆粒懸 浮液中,形成鐵磁性外層,再透過磁力驅動,令螺旋藻能 夠在血液、胃液和尿液中定向移動。研究團隊亦將螺旋藻 的結構、生物活性成分及自體熒光的特性,應用於微型機 械人身上。

實際用途:螺旋藻自體熒光配合磁力共振( MRI)成像技術,可在活 體內定位,以作檢查之用。微型機械人降解時釋出的成分 ,對癌細胞,特別是宮頸癌、皮膚癌及肺癌,表現出很強 的殺傷力,但不損害正常細胞,有望用作殺滅癌細胞之用 。此外,微型機械人也可用作裝載藥物,透過磁力導航, 送達病灶進行精準治療。

撰文:葉凱欣

攝影:梁正平,廖健昌


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