蒙特利尔放射科医生 Gilles Soulez 领导的加拿大研究人员开发了一种利用 MRI 设备中的磁引导微型机器人治疗肝脏肿瘤的新方法。

将微型机器人注入血液来治愈人体的想法并不新鲜。这也不是科幻小说。

在外部磁场的引导下，由可磁化氧化铁纳米颗粒制成的微型生物相容性机器人理论上可以非常有对性地提供医疗治疗。

到目前为止，还存在一个技术障碍：这些微型机器人的重力超过了磁力，这限制了它们在肿瘤位于高于注射部位时的引导。

虽然 MRI 的磁场很高，但用于导航和生成 MRI 图像的磁梯度却较弱。

“为了解决这个问题，我们开发了一种算法，可以确定临床 MRI 中患者身体应处于的位置，以利用重力并将其与磁导航力相结合，”该研究所的研究员Gilles Soulez 博士说。 CHUM 研究中心和蒙特利尔大学放射学、放射肿瘤学和核医学系主任。

“这种综合效应使微型机器人更容易到达为肿瘤提供营养的动脉分支，”他说。“通过改变磁场的方向，我们可以准确地将它们引导到需要治疗的部位，从而保留健康的细胞。”

迈向更高的精度

这一概念验证发表在《科学机器人》杂志上，可能会改变用于治疗肝癌的介入放射学方法。

其中最常见的是肝细胞癌，每年导致全世界 700,000 人亡，目前最常采用经动脉化疗栓塞治疗。

这种侵入性治疗需要高素质的人员，包括将化疗直接注入肝脏肿瘤的动脉，并使用 X 射线引导的微导管阻断肿瘤的血液供应。

“我们的磁共振导航方法可以使用植入式导管来完成，就像化疗中使用的导管一样，”Soulez 说。“另一个优点是，MRI 上的肿瘤比 X 射线上的可视化效果更好。”

在这项研究中，Soulez 和他的研究团队与 Sylvain Martel(蒙特利尔理工学院)和 Urs O. Häfeli(不列颠哥伦比亚大学)的研究团队合作。该研究的第一作者李宁是 Soulez 博士实验室的博士后研究员。

由于开发了与 MRI 兼容的微型机器人注射器，科学家们能够组装“粒子列”，即可磁化微型机器人的集合体。由于它们具有更大的磁力，因此更容易在 MRI 设备提供的图像上进行引导和检测。

这样，科学家们不仅可以确保火车沿着正确的方向行驶，而且可以确保治疗剂量足够。随着时间的推移，每个微型机器人都会携带一部分要进行的治疗，因此放射科医生必须知道有多少机器人。

良好的方向感

“我们对 12 头猪进行了试验，以便尽可能地复制患者的解剖状况，”Soulez 说。“这被证明是结论性的：微型机器人优先导航算法瞄准的肝动脉分支并到达目的地。”

他的团队确保肿瘤在肝脏不同部位的位置不会影响这种方法的有效性。

“利用人类肝脏的解剖图谱，我们能够模拟微型机器人在 19 名接受经动脉化疗栓塞治疗的患者身上的驾驶，”他说。“他们肝脏的不同位置总共有三十个肿瘤。在超过 95% 的情况下，肿瘤的位置与导航算法兼容，能够到达目标肿瘤。”

尽管取得了这些科学进步，但该技术的临床应用仍有很长的路要走。

“首先，利用人工智能，我们需要通过检测微型机器人在肝脏中的位置以及为肿瘤供血的肝动脉分支是否发生堵塞来优化微型机器人的实时导航，”Soulez 说。

科学家还需要使用模拟血管中液体流动的软件来模拟血流、患者定位和磁场方向。这将使评估这些参数对微型机器人运输到目标肿瘤的影响成为可能，从而提高该方法的准确性。

据加拿大癌症协会称，2023 年有 4,700 名加拿大人被诊断患有肝癌或肝内胆管癌。