北京大学/中山大学侯仰龙团队ACS Nano综述：磁性微/纳米机器人用于癌症精准诊疗

癌症是全球范围内威胁人类健康的主要疾病之一，每年导致数百万人死亡。尽管传统的癌症治疗手段如化疗、放疗和免疫治疗在临床上取得了一定的成效，但这些方法仍存在诸多局限性。因此，开发一种能够精确靶向肿瘤组织、减少对健康组织损伤的新型治疗手段成为当前癌症研究的重要方向。

磁控微纳米机器人作为微纳米机器人的一个重要分支，凭借其高精度的可操控性、多功能的集成性能以及对周边环境的影响低等优势，成为癌症诊疗领域的研究热点。通过外部磁场的精确调控，磁控微纳米机器人能够在体内实现复杂的运动模式。随着材料科学、纳米技术和人工智能的不断发展，磁控微纳米机器人有望在未来成为癌症精准医疗的重要工具，为患者带来更高效、更安全的治疗方案。

近日，北京大学/中山大学侯仰龙团队系统总结了磁性微纳米机器人的设计、制造、生物相容性及其在癌症诊断和治疗中的多样化应用，为未来的癌症精准医疗提供了新的思路。相关内容以“Magnetic Micro/nanorobots in Cancer Theranostics: From Designed Fabrication to Diverse Applications”为题发表在《ACS Nano》上。

癌症治疗的挑战与磁性微纳米机器人的崛起

图1 用于癌症诊疗的微纳米机器人示意图（文章作者绘制）

癌症作为全球公共卫生的重大威胁，传统的化疗和放疗虽然有效，但存在药物输送效率低、毒副作用强等问题。近年来，磁性微纳米机器人作为一种新兴的治疗手段，展现出巨大的潜力。这些微纳尺度的机器人能够通过外部磁场精确控制，执行复杂的任务，如药物输送、细胞操纵和手术辅助等，为癌症治疗提供了新的解决方案。

磁性微纳米机器人的构成与制造

图2 磁性微纳米机器人组件示意图

磁性微纳米机器人通常由五个主要部分组成：主体部分、驱动部分、控制部分、功能部分和传感部分。主体部分由磁性纳米颗粒、聚合物等材料构成，驱动部分则通过外部磁场实现机器人的运动。控制部分负责精确导航，功能部分则执行具体的诊断或治疗任务，如药物释放或细胞操纵。传感部分则用于监测环境信息，确保机器人在体内的精准操作。

图3 磁性微纳米机器人制备方法（自上而下）

在制造方面，文章介绍了多种自上而下和自下而上的制造方法，包括注塑成型、自卷曲、熔融静电直写、沉积、生物模板法、光刻、组装、3D打印和化学合成等。这些方法能够根据不同的应用需求，定制化制造出具有特定功能的磁性微纳米机器人。

磁性微纳米机器人在癌症诊断中的应用

图4 磁性微纳米机器人在癌症诊断的应用（部分）

磁性微纳米机器人在癌症诊断中展现出独特的优势。通过携带特定的成像剂或作为对比增强剂，这些机器人能够提高肿瘤组织的成像对比度，帮助医生更准确地识别和诊断肿瘤。例如，研究人员开发了一种基于磁性微纳米机器人的内窥镜辅助磁导航系统，能够实时追踪机器人在体内的运动，并通过超声成像技术精确定位肿瘤位置。此外，磁性微纳米机器人还可以作为生物传感工具，检测肿瘤环境中的特定标志物或理化性质，为肿瘤治疗提供关键信息。

磁性微纳米机器人在癌症治疗中的应用

图5 磁性微纳米机器人在癌症治疗的应用（部分）

在癌症治疗方面，磁性微纳米机器人通过其磁性特性，能够实现精确的药物输送和释放。例如，研究人员开发了一种基于磁性微纳米机器人的药物输送系统，能够在外界磁场引导下，将抗癌药物精确输送到肿瘤部位，减少对健康组织的损伤。此外，磁性微纳米机器人还可以与典型疗法（如化疗、光热治疗、光动力治疗和免疫治疗）协同作用，提高治疗效果。例如，研究人员设计了一种激光集成的磁控纳米机器人平台，能够通过磁场引导将纳米机器人集群精确输送到肿瘤部位，并在近红外激光照射下释放药物，实现热疗和化疗的双重治疗效果。此外，磁性微纳米机器人还可以用于细胞操纵和手术辅助，通过外部磁场精确控制机器人的运动，执行微创手术或细胞移植等任务。

生物相容性与安全性

图6 磁性微纳米机器人的生物相容性/生物安全性评估

尽管磁性微纳米机器人在癌症诊疗中展现出巨大的潜力，但其临床应用仍面临生物相容性和安全性的挑战。文章指出，磁性纳米颗粒在体内的长期稳定性和降解性需要进一步研究，以确保其在完成任务后能够被有效清除，避免潜在的生物毒性。此外，表面修饰和材料选择也是提高磁性微纳米机器人生物相容性的关键。

【全文总结】

总之，磁性微纳米机器人作为一种新兴的医疗技术，正在为癌症诊疗带来革命性的变革。随着研究的深入，这些微小的机器人有望在未来成为癌症治疗的重要工具，为患者带来更多的希望和更好的治疗效果。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c10382