近日，香港中文大學(中大)跨學科研究團隊開發了磁控溶血酶激活劑納米機器人(tPA-nbots)治療缺血性中風，溶栓速度提高5-20倍，能有效疏通末梢血管，減少缺血引起的腦損傷。

該團隊還利用激光散斑對比影像掃描(LSCI)實時追蹤、輸送納米機器人、監測血液流通狀況，相關研究結果發表在國際期刊《Science Advances》和《Science Robotics》上。

研發背景

腦卒中，俗稱中風，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中兩種類型，是全球第二大死因，亦是導致成年人永久傷殘和認知障礙的最常見成因。 

在此背景下，神經介入技術得到快速發展，尤其是機械取栓技術。然而深入腦遠端區域的血管細小且彎曲，機械無法精準控制取栓，因此在這個領域仍然是一片空白。

溶血酶激活劑﹙tPA﹚：常用于溶解急性缺血性中風患者的血栓，然而，若使用高劑量tPA時未能定點輸送至血栓，反而讓藥物散布至身體其他部位，會降低溶栓成效， 甚至造成顱內以至全身出血的風險。

中大醫學院內科及藥物治療學系利國偉腦神經學教授及腦神經科主任梁慧康教授強調，及時疏通大腦受阻塞的血管，恢復血流非常重要。他表示：

“中風患者在沒有施予任何治療下，每分鐘約有190萬個腦細胞死亡。雖然在現有技術下，導管已可進入腦動脈的主干清除血栓，但仍難以進入遠離腦動脈主干和更幼細的末梢血管。

我們需要克服此技術瓶頸，發展安全而有效的新技術，以保護大腦功能。”

因此，中大工程學院機械與自動化工程學系、中大醫學院影像及介入放射學系和內科及藥物治療學系的跨學科研究團隊共同開發了磁控tPA-nbots。 

tPA-nbots納米機器人

tPA-nbots納米機器人是一種可回收的磁性膠體微群，由tPA（組織型纖溶酶原激活劑）和載體Fe3O4@mSiO2納米機器人組成。

其中，tPA-nbots核心技術在于Fe3O4@mSiO2納米機器人。納米機器人由磁芯、介孔二氧化硅殼和接枝的tPA外層（機器人尺寸約為 300 nm）組成。

工作原理：

將載有tPA-nbots的導管置入到接近血栓的位置；

然后遙控這些納米機器人到達只有亞毫米大小的血管中，啟動溶栓過程；

血塊溶解后，tPA-nbots將被導航回到導管，一并離開體內，保證患者安全。

使用導管輔助磁控輸送tPA-nbots，進行定向溶栓和原位召回的概念圖

tPA-nbots的優點：

體積小，風險低：tPA-nbots的尺寸只有約300納米，可在末梢血管中導航至血栓位置，定位輸送tPA。精準局部施藥的方法可防止高劑量的tPA在體內流動，降低出血風險。

速度快：雖然減少了劑量，但較傳統治療，tPA-nbots的溶栓速度快5至20倍，節省疏通血管時間，減少中風患者的腦損傷。

根據香港中文大學的研究團隊介紹tPA-nbots早期臨床前研究顯示：

tPA-nbots能夠通過磁驅動和熒光成像引導的實時跟蹤，將tPA-nbots引導至亞毫米級段 (M3/M4) 的血栓部位。

通過機械作用和化學溶解提高血栓溶解效率，與純tPA相比劑量減少約42倍，但溶栓率提高約20倍。

治療后，tPA-nbots可以通過磁導航回球囊導管附近（即其尖端），并且80％的tPA-nbots可以被收集。

中大醫學院影像及介入放射學系榮休講座教授余俊豪教授指出：

“這個新治療系統有望將納米機械人經導管輸送，并由體外磁場引導到末端血管或其他小血管內的血栓位置，彌補單純倚靠導管的不足。

盡管在臨床應用前仍有不少技術問題要解決，我相信我們正朝著正確的方向邁出重要一步。”

應用LSCI追蹤、導航

為解決目前影像掃描技術對影像掃描尺寸、時間、空間解析度的限制，團隊提出利用LSCI(激光散斑對比影像掃描)在血管內實時追蹤、導航納米機器人的活動。 

通過LSCI，團隊能在復雜的血管環境中監測、分析缺血性中風影響區域的血流狀況、溶栓過程和血栓狀態的變化，確保藥物傳輸的效率和生物醫學安全。

實時監測納米機器人在血管內的活動，是證明其安全性和傳輸至準確位置的關鍵。

透過LSCI成功觀察并追蹤納米機器人在血管模型、胎盤和小動物于靜止或快速流動的血液環境中的活動，有助調整納米機器人攜帶的激活劑數量、磁場應用的距離、強度和角度。

前景廣闊

盡管在臨床應用前仍有不少技術問題要解決，不過周毓浩創新醫學技術中心研究助理教授陳啟楓教授表示：

“我們所研發的tPA-nbots因其高精準靶向遞送能力，大大減少治療時間及溶栓治療可能出現的副作用，提高治療效率及安全，因此新技術有很大的臨床應用潛力。”

關于tPA-nbots的研究團隊

tPA-nbots研究團隊主要成員包括(左起)：

中大醫學院影像及介入放射學系榮休講座教授余俊豪教授；

中大機械與自動化工程學系教授張立教授；

中大醫學院內科及藥物治療學系腦神經科助理教授葉耀明醫生；

周毓浩創新醫學技術中心研究助理教授陳啟楓教授；

中大醫學院內科及藥物治療學系利國偉腦神經學教授及腦神經科主任梁慧康教授。

此項研究獲研究資助局、創新科技署、InnoHK創新香港研發平臺的醫療機械人創新技術中心、周毓浩創新醫學技術中心、香港中文大學–中國科學院深圳先進技術研究院機器人與智慧系統聯合實驗室， 以及中大天石機器人研究所支持開展。