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中大研發微型機械人 深入腔道治消化道疾病
2021-04-09
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趙偉仁利用人體模型示範利用磁場驅動控制微型機械人。

針對消化道的疾病,現時雖然可以用內窺鏡如胃鏡等作檢查、診斷和治療,但是一些較細小的管道,例如膽管的分支、胰管、膽囊等,都不是胃鏡可到達的位置。香港中文大學機械及自動化工程學系以及中大醫學院組成的跨學科研究團隊便研發出「生物合成軟體微型機械人」,有望用於治療這些狹窄管道內的疾病。
 

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(左起)張立、趙偉仁及沈祖堯(屏幕)。

微型醫療機械人雖然不是首創,但要於人體內準確移動,須解決多方面的挑戰。中大機械與自動化工程學系副教授張立表示,「面對體內複雜的生理環境,觀察和操控機械人是要克服的難關,同時須避免體內免疫系統的攻擊。」


小至100微米
是次團隊研發的「軟體磁性幹細胞球微型機械人(MSCSMs)」,主要由患者本身的幹細胞(約98%)及磁性粒子(約2%)組成。張立指出由於是自身細胞,可大大降低免疫反應,亦有生物相容及可降解的特質,「與此同時,它柔軟如腦部組織,可以擠壓並通過比它小的管道。」MSCSMs包含約20萬個幹細胞, 大小為100至500微米,如髮絲的直徑;亦可以攜帶藥物,針對特定部位作治療。

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生物合成軟體微型機械人(紅箭嘴)直徑僅100至500微米。

以磁力控制
而要控制和觀察MSCSMs,團隊同時研發出「雙模成像內窺鏡輔助磁驅動系統(EMADIS)」,結合了磁力控制系統、醫療影像工具和遞送工具。張立解釋,「以消化道疾病為例,胃鏡是MSCSMs的遞送工具,可避開複雜的生理環境,於膽管入口附近釋放MSCSMs;磁力控制系統能夠精確操控MSCSMs進入膽管,而系統最高速可8分鐘移動約1米距離;影像工具即超聲波或磁力共振等,用作導航助控制MSCSMs進入膽管深處,繼而作介入治療。」


減治療風險
以往做膽管內窺鏡探查,要先放胃鏡到十二指腸位置,再伸出更細小的工具,但直徑仍有1至2毫米大。中大醫學院周毓浩創新醫學技術中心主任、中大賽馬會微創醫療技術培訓中心主任趙偉仁教授指,「若須做手術的話,無可避免要將附近組織切開,或造成損傷及併發症,新技術下就可避免這些風險;利用MSCSMs攜帶藥物,由於直達患處,藥物劑量可以減低,更為安全和有效率。」


將作動物實驗
中大榮休講座教授、新加坡南洋理工大學高級副校長(健康與生命科學)及李光前醫學院院長沈祖堯教授表示,「MSCSMs具有相當大潛力,除消化道外,亦可應用於腎臟、前列腺和腦部的細小管道或血管。期待下一步的動物實驗以確定這技術的可行性和安全性,並預期3至5年後做臨床研究,及後正式應用在醫療上。」

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