近日，復旦大學附屬華山醫(yī)院新增一項專利公開。該專利是一種微納米機器人集群關節(jié)腔內操縱及定位成像系統(tǒng)與方法。根據(jù)公開信息，該成像系統(tǒng)包括紅外成像系統(tǒng)和用于操縱微納米機器人集群的磁控機械系統(tǒng)組成,該系統(tǒng)利用近紅外窗口和熒光探針實現(xiàn)了微納米機器人與周圍組織的高對比度成像，能夠實時圖像的反饋機制能提高操控的效率。
該技術為微納米機器人在關節(jié)腔內操縱、定位和跟蹤提供了一種創(chuàng)新的解決方案，能夠實現(xiàn)微納米機器人關節(jié)內操縱及定位成像系統(tǒng)集精細操縱、精確定位和實時跟蹤。
據(jù)悉，專利技術發(fā)明人為復旦大學附屬華山醫(yī)院運動醫(yī)學科研究員陳俊博士，多年來長期從事肌骨系統(tǒng)損傷與修復、肌骨系統(tǒng)運動機理與模擬、人工肌腱與人工韌帶等研究。
01
熒光探針定位微納機器人
微納米機器人是生物物理學的一種新型技術，具體為根據(jù)分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對微納米空間進行操作的“功能分子器件”。
在醫(yī)療領域，微納米機器人可以被用來進行體內和體外檢測、藥物遞送、組織修復和再生、微操作和微裝配、環(huán)境修復等，具有重要的價值和廣泛的前景。然而，由于在體內難以被精細操縱、精確定位和實時跟蹤，這微納米機器人在臨床領域的應用進展一直相對緩慢。
為了實現(xiàn)對微納米機器人的定位及成像，科研人員們嘗試了超聲、核磁共振(MRI)、X射線、正電子發(fā)射斷層－X射線計算機斷層組合系統(tǒng)(PET?CT)等手段。但這些方式往往存在一定的局限性和潛在風險。
比如，X射線和PET?CT雖然能夠動態(tài)監(jiān)測機器人集群，卻受限于較低的圖像分辨率，可能無法清晰揭示微小集群的位置，同時由于具有放射性，其帶來的輻射風險也不容小覷。而磁共振雖然圖像分辨率高，無輻射風險，但其對高級設備和技術的依賴性以及耗時等缺點，難以實現(xiàn)實時定位導航的問題。
針對這些問題，陳俊博士和團隊結合成像技術和熒光探針發(fā)明了微納米機器人集群的成像系統(tǒng)，通過在關節(jié)內注射熒光探針為發(fā)光背景信號，再注射微納米機器人（不發(fā)光），便能實現(xiàn)微納米機器人與周圍組織的高對比度成像。結合圖像處理木塊，即獲得磁控粒子微群的示蹤圖像，其中背景色為熒光，不發(fā)光的部分顯示的即為磁控粒子微群。
圖片來自專利說明書
02 或關節(jié)腔鏡手術導航
關節(jié)腔是由關節(jié)囊滑膜層和關節(jié)軟骨共同圍成的密閉腔隙，腔內有少量滑液，呈負壓，對維持關節(jié)的靈活性與穩(wěn)固性有一定作用。當關節(jié)發(fā)生病變或受到某些全身性疾病影響時，滑膜細胞受到刺激，分泌過多滑液，而吸收不足，最終形成關節(jié)積液。
針對關節(jié)腔積液，臨床上通常采取藥物注射治療和手術治療兩種手段。
手術治療則多為關節(jié)鏡微創(chuàng)手術，通常是關節(jié)鏡插入關節(jié)腔中，通過監(jiān)視器放大關節(jié)腔的內部結構，從而觀察關節(jié)腔的病變情況、病變部位等狀態(tài)，還能在監(jiān)視器下對關節(jié)腔的病變部位進行清理。
依據(jù)專利所披露的相關信息，陳俊博士所研發(fā)的這種技術將被應用于關節(jié)腔內手術的視野導航領域。
而由于關節(jié)腔的特殊性，藥物治療的載藥系統(tǒng)必須滿足生物相容性、無毒性和可降解性的特點，且要有較高的載藥量。
當前在學術界與產(chǎn)業(yè)界，微納米機器人在藥物遞送方面的應用研究已然取得了諸多進展。比如納米科學中心聶廣軍教授便在嘗試以DNA為納米機器人材料，來實現(xiàn)藥物的遞送和疾病的診斷；哈爾濱科技大學醫(yī)學部的吳志光教授團隊也成功地研制出了一種仿生水熊蟲的醫(yī)療微型納米機器人，為腫瘤的精準診療提供了新的思路。盡管這些研究并未指向骨科領域，基于生理結構的特點，眼科和關節(jié)腔疾病在藥物遞送領域可能存在一定優(yōu)勢?；蛟S未來也不排除該專利在藥物治療領域輔助研究的潛力。因此，也不排除該技術未來或許也將在藥物治療研究提供輔助。
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