传统内镜检查是透过把细长的内镜插入病人体内,让医生清楚观察器官的健康状况,一般应用于消化道检查。然而,要深入微小和曲折的腔内管道,如胆管、胰管、支气管,甚至泌尿系统等较小的分支,即使是纤细灵活的内镜亦无法到达。

最近,香港中文大学(中大)机械与自动化工程学系副教授张立教授、中大医学院荣休讲座教授沈祖尧教授及中大周毓浩创新医学技术中心主任、中大赛马会微创医疗技术培训中心主任赵伟仁教授领导的跨学科研究团队,成功研发一款「生物合成软体微型机械人」,配合团队开发的「双模成像内镜辅助磁驱动系统(EMADIS)」,微型机械人可快速进入体内深处的狭窄空间,亦能够通过各种临床成像技术作实时追踪。新研究有望用于治疗病灶位于迂回曲折管道的疾病,特别是常规医疗仪器未能触及的部位,进行微创治疗,突破传统医疗技术的局限。

微型机械人平台结合内镜、微型机械人及磁控系统

中大研究团队研发了一款配备内镜辅助磁力导航系统的「生物合成软体微型机械人」。

科学界一直致力研究微型机械人在生物医学方面的应用,以及如何解决微型机械人在体内运作面对的各种挑战,包括安全性、适应动态生理环境的能力,以及实时追踪和遥距控制的技术。

每个微型机械人(箭咀所指)的直径只有100微米至500微米。右边为香港一毫硬币,直径为17毫米。

团队研发的「生物合成软体微型机械人」由大量干细胞(约占98%)及微量磁性粒子(约占2%)组成,干细胞可取自于病人,能减低病人免疫系统的排斥反应。这款球体状的微型机械人,直径只有100微米至500微米,大小可通过控制细胞数量作出调节,柔软度如人体大脑组织,高弹性的特质令它在递送过程中能随时变形,顺利通过体内复杂且狭窄的管道。

这款微型机械人如何在人体内游走工作?张立教授解释:「以胆管为例,我们先将EMADIS系统的内镜放入病人的小肠,再释放微型机械人。内镜为微型机械人提供了一个『快速通道』,让它们能快速穿过各种器官或组织的生物屏障,同时避免直接接触人体内复杂的流体环境。之后再利用磁场驱动,将它们运送到胆管深处做治疗,并利用内镜(可见区域)和超声波成像(内镜不可到达区域)追踪和监察整个过程,令递送更精准、快速和可前往更深更远的距离。」

临床应用潜力大 有望人体内安全使用

微型机械人可深入传统内镜难以到达的人体区域,有望用于治疗迂回曲折管道内的疾病如消化道疾病。

现时,研究团队正密锣紧鼓地将研究成果转化为多种体内应用,利用微型机械人将药物如标靶药物,直接带到人体深处,以减少因高剂量药物在体内循环造成的中毒反应。微型机械人在消化道疾病的治疗亦极具潜力,例如可进入狭窄管道治疗胆管癌或肝内胆管结石,以及治疗炎症性肠病和良性胆管狭窄等。团队下一步将开展动物实验,以验证技术的安全性和功效。

赵伟仁教授指出:「现时的胆管检查受限于内镜及手术仪器的大小,需要事先切开肌肉入口,但这有机会引致出血、穿孔及胰腺发炎等并发症,更不用说再深入肝内胆管。因此,我们期望将来可运用微型机械人作检查和治疗,及早发现病变和辨识早期癌症,提高诊断及治疗效用,同时减低治疗期间出现并发症的机会。」

沈祖尧教授说:「微型机械人可深入传统内镜难以到达的人体区域,甚至肾盏和前列腺等泌尿系统较小的分支。借助磁性导航,微型机械人可以提供前所未见的诊断和治疗机会,相信这项技术有巨大的临床应用潜力,并能安全应用。」