健康新视界》显微机器人治疗脑癌（潘怀宗）

中性球机器人可以在未来将抗癌药送进大脑，治疗脑癌病患。（示意图／Shutterstock)

科学真的是日新月异，笔者每天搜寻并拜读国际健康新闻，也看得受益良多，赞叹连连。2021年3月24日在《科学机器人》杂志（Science Robotics）上刊登了一篇研究论文，中国哈尔滨工业大学微奈米技术研究中心贺强教授和吴志光教授以及博士班研究生张红玥共同制造了以电磁控制的显微机器人，这个机器人是利用嗜中性白血球（Neutrophil）做为基础，因此被命名为Neutrobots，直接翻译成「中性球机器人」，这些中性球机器人可以在未来将抗癌药送进大脑，治疗脑癌病患。

类似这类的微小机器人，能在血管内游泳、导航，借以实现无侵害性的药物输送和疾病治疗，是目前科学界非常热门且正在努力开发的领域。但在实际执行的过程中，有些设计出来的微型机器人会被人体的免疫系统攻击和清除，因此要在设计的初期，就要想办法避免。在这篇文章里，作者利用嗜中性白血球的主要原因为：它本来就是免疫系统的一分子，自己人，所以不会被清除，也不会被血脑屏障所阻挡（白血球与生俱来就有进入大脑的通行证），此外，白血球会主动被吸引地往发炎的方向游动（因为高浓度细胞激素的缘故），相当完美。

接下来读者一定会问，机器人是怎么做出来的呢？首先，作者会制做奈米凝胶颗粒，颗粒内包覆了磁性材料─氧化铁（Iron Oxide）和抗癌化疗药物紫杉醇（Paclitaxel）。第二步，则是利用大肠杆菌的外套膜来包裹这些凝胶颗粒，也就是伪装成一个有害的细菌（披着狼皮的羊）。最后，再让自体分离出来的嗜中性白血球去吞噬这些假细菌，于是就完成了所谓的中性球机器人。

而作者利用大肠杆菌外套膜的伪装方式，除了能大大提高吞噬作用的效率外（让中性球内充满大量的磁性材料和药物），同时还可以防止抗癌药物在中性球内泄漏出来的机率，进而使得这些奈米颗粒对嗜中性白血球的胞内毒性降低。当把这些中性球机器人注射进入小鼠的血管后，利用外加的磁场，就可以控制并加速这些机器人在血管内的游动方向和速度，再加上嗜中性白血球原本就会主动的越过血脑屏障往脑内发炎的方向移动，因此与传统的注射药物相比，机器人等于是多了两种推进力，确实大大提高了效率和速率。

其实利用细胞（巨噬细胞或红血球）载药的尝试，这不是第一次，但之前不能完全治疗小鼠脑部肿瘤的原因，部分是由于把药送到疾病部位的速度不够快速集中和剂量不够高所导致。为了加快速度，研究人员才想到利用磁性材料，以外部通过磁场的方式来加速它们。研究团队先在体外测试了中性球机器人的导航和药物输送能力，在磁场的控制下，中性球机器人的移动速度可以达到每秒16.4 μm，比原本的嗜中性白血球的速度快约50倍。最后，研究人员测试了这些机器人是否可以治疗小鼠脑癌。

他们先将神经胶质瘤细胞（glioma）注射到所有实验小鼠的大脑中，10天后，将小鼠分成四组，第一组为控制组。第二组则是替小鼠进行脑外科手术，切除肿瘤，由于手术后会放出大量的细胞激素，于是可以增强吸引中性球机器人过去。第三组是把小鼠放进磁场内，利用磁力将机器人加速引向大脑。第四组的小鼠是手术和放进磁场都进行。当然，四组所有老鼠的尾巴都会注射同等数量的载药机器人进去，当使用核磁共振仪（MRI）进行造影监控时发现，同时接受手术和磁场治疗的小鼠大脑中，在神经胶质瘤周围积累的中性球机器人数量最多且快，而放入磁场的小鼠次之，仅有脑外科手术的小鼠更次之，控制组的小鼠最低。同时，小鼠的存活率也和中性球机器人的数量有正向相关性，显示外科手术和磁场引导这两个措施会互补并增强疗效。

虽然这篇论文有一定的贡献度和突破性，但仍然有许多挑战需要克服。第一是必须提高微型机器人进入肿瘤区域的百分比，经过计算，这次研究的机器人只有约11%到达小鼠的脑瘤部位，其余的89%去了哪里呢？这些机器人如果在身体其他的区域内累积，我们就必须注意长期累积后的副作用。第二是就算微型机器人能够到达肿瘤区域，其所携带的药物总量是否能够精准控制，不会过高或过低，当然，也要防止药物的过早释放，也就是说，在中性球机器人到达目的地前，不会漏出药物，否则就算到达目的地，也只是个空包弹而已。

医学科学的进步，可以说是每天都在进行，主要目的，就是希望能让病患得到更好的治疗，今天这篇中性球机器人的科学论文，虽然有了很不错的点子，同时也在动物实验中得到了初步的成功，但距离真正人类可以使用的阶段，仍然是差了一大截，但不论如何，都是值得我们鼓励与学习的。总之，万丈高楼也需平地起，不是吗？（作者为阳明大学兼任教授、佛光大学讲座教授）