臨床治療位于腦深部或鄰近重要功能區的顱內腫瘤是具有挑戰的，主要因為傳統手術切除方法由于解剖路徑復雜易造成不可逆神經損傷，傳統放療易導致周圍正常腦組織放射性壞死，而傳統化療受限于血腦屏障的低通透性難以達到有效藥物濃度。因此，開發一種組織無創、精準定位、高效治療的顱內腫瘤治療方法具有重要意義。

5月1日，中國科學院深圳先進技術研究院徐天添教授、深圳大學王奔副教授、香港中文大學張立教授組成的科研團隊，在Nature Biomedical Engineering期刊上發表了一項題為Magnetically-driven biohybrid blood hydrogel fibres for personalized intracranial tumour therapy under fluoroscopic tracking的文章。該研究開發了一種受外界可編程磁場驅動的仿生血凝膠纖維機器人，能夠在蛛網膜下腔極端狹窄的腦脊液環境中多模態仿生運動，并結合X射線影像引導，精準無創到達腫瘤區域完成藥物靶向遞送，為顱內深部及功能區鄰近腫瘤的精準、無創治療開辟了全新路徑。

研究團隊創新性地利用患者自身血液與少量磁性粒子混合，通過原位凝膠化技術制備出血凝膠纖維機器人（BBHF）。這種纖維機器人不僅具有良好的生物相容性，能夠有效避免免疫排斥反應，而且能夠在磁場作用下實現遠程操控和實時X射線透視跟蹤。血液纖維機器人還具有顯著的彈性和柔軟性，與典型生物樣品的對比分析顯示，機器人的模量略大于腸道的模量，大大低于軟骨的模量。這些特性使得機器人能夠在比自身直徑還小的狹窄空間中穿行，同時還能避免對周圍組織造成創傷，為體內極端狹窄迂曲生理環境下的無創輸送提供了一條有前途的途徑。

大腦皮層表面高度皺褶的解剖結構（布滿密集且不規則的腦溝、腦回及微血管網絡）與顱骨間僅存毫米級狹窄間隙，加之組織表面粘彈性特征顯著，構成了兼具復雜三維地形與生物力學特性的極端運動環境，這對微型機器人的運動模式、柔性適配性和組織安全性提出了嚴峻挑戰。本研究開發的血凝膠纖維機器人通過模仿自然界線蟲的細長形態與自適應性波浪運動機制，在外界可編程驅動磁場的精確控制下，能夠實現包括擺動、爬行和滾動在內的多種仿生運動模式。其超柔性水凝膠基體（彈性模量~100 kPa）與內部磁性顆粒的協同設計，使機器人既能通過磁致形變產生仿線蟲擺動推進力，又可依托組織粘附力實現蠕動爬行，更能在接觸面曲率突變時切換為滾動模式規避運動失效。實驗表明，該機器人在模擬腦溝回結構的3D打印腦模型表面，可沿預設路徑穿越多級溝壑；在離體豬腦皮層實驗中，通過動態調節運動方向和運動模式成功到達預定目標，全程未對柔軟組織造成機械損傷。

研究人員創新性提出了高頻交變磁場誘導血凝膠纖維機器人斷裂碎化的釋放藥物機制 。該機器人可通過封裝阿霉素等化療藥物構建靶向遞送系統，其中藥物濃度調控是維持結構完整性的關鍵。在遞送過程中，BBHF憑借纖維蛋白網絡對血細胞的高效包裹及內部粘附力，可在低頻弱磁場環境（強度小于20 mT，頻率小于6 Hz）或水溶液中保持結構穩定無泄漏。當抵達目標區域后，通過施加高強度旋轉磁場（如強度50 mT，頻率24 Hz）可觸發其動態分裂釋藥機制。通過精準調控磁場頻率參數，可實現從毫米級到微米級碎片的梯度解離，從而動態控制藥物釋放速率。這種基于物理場響應的智能釋藥策略避免了傳統化學觸發劑的生物毒性，為腫瘤局部化療提供了高時空精度的操控手段，未來可拓展應用于腦膠質瘤的邊界浸潤治療、多病灶接力式給藥等復雜醫療場景，在提升療效的同時顯著降低全身毒副作用。

本研究通過活體豬顱內腫瘤治療實驗，系統驗證了血凝膠纖維機器人在顱內腫瘤靶向治療中的可行性與療效。實驗選取小型豬模型構建豬腦膠質瘤模型，設立空白對照組、假手術組（植入未載藥BBHF）及治療組（載阿霉素BBHF）三組進行對照研究。在治療階段，研究人員將自體來源的載藥BBHF（阿霉素2 mg）與未載藥BBHF分別注入治療組與假手術組豬顱腔，并通過施加高強度旋轉磁場（50 mT，15 Hz）驅動機器人高速旋轉10分鐘，觸發纖維結構解離以實現藥物快速釋放。術后 26 天， 機器人治療組腫瘤生長受到抑制，比對照組腫瘤小 4 倍，且機器人治療組活豬的血細胞數量和生物化學標志物水平均保持在正常水平，波動較小，進一步驗證了豬自身細胞制備的纖維具有良好的生物相容性。

本研究開發了基于患者自身血液定制的仿生血凝膠纖維機器人，創新性地將多模態仿生運動、X射線成像實時追蹤與磁響應智能釋藥機制相結合，為腦深部或功能區毗鄰型顱內腫瘤治療提供了一種組織無創、精準定位、高效治療的變革性解決方案。

文章通訊作者為徐天添研究員、王奔副教授、張立教授。第一作者為王奔副教授、北京大學深圳醫院副研究員沈杰、中科院深圳先進技術研究院博士后黃晨陽。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01382-z

制版人： 十一

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