科学家研发出从体内分配药物剂量的3D打印装置

     近日，纽约市哥伦比亚大学生物医学工程教授Samuel Sia开发了一种3D打印的生物体，可以在植入体内释放受控剂量的药物。据悉，这个设备可以从身体外只使用磁铁进行控制。

     对于被诊断患有癌症的患者，能够选择的治疗方式很少，并且在许多严重的情况下，强化的化学疗法变成必要的治疗措施。但是尽管化学疗法是一种强大的抗癌药物，但它以许多方式对身体造成伤害，如慢性疼痛、恶心、疲劳、脱发和增加不育的机率，这只是化疗可能产生的一些不良反应。幸运的是，科学家们正在努力开发更有效的方法来提供化疗药物，包括一种新的3D打印方法，涉及制造软体，从身体内提供精确的药物剂量。

     这些令人兴奋的新型微机械或“生物机器人”已经在纽约市哥伦比亚大学生物医学工程教授Samuel Sia的实验室被开发出来。Sia和他的研究团队最近在Science Robotics上发表了他们的研究结果，他们解释了他们如何开发一种快速的制造方法，可以生产低至几十微米的生物相容材料，每层有复杂的图案。有了这种制造方法，科学家已经能够创建微小的设备，可以通过磁信号释放药物到身体。

     进入实验室的目标是创建这些药物分配微机械，哥伦比亚生物医学工程师首先需要开发一种特殊的方式来创建这台机器。为此，他们利用3D打印技术，开发一个一次性机器，可以沉积水凝胶层，形成橡胶状的固体。接下来是创建微型设备本身的挑战。对于这部分，研究人员可以使用一个经过试验和测试的机制来操作他们的生物组织：发条。令人惊讶的是，基于水凝胶的微机械真的像钟表一样工作，每个软管装置是一种日内瓦驱动器，能够正常旋转齿轮机构，并且当外部磁体指向它时向前点击。装置的“齿轮”只是含有铁纳米颗粒的软质部件，并且每次点击使六个腔室中的一个与孔对齐并通过其分配药物。

     创建这些3D打印的生物组织是Sia的团队的一个挑战。对于初学者来说，微小的设备需要足够柔软，并且与人体相容。但他们还需要足够坚固，以抵抗身体内部的粗糙和蠕动：“如果你的材料像jello一样容易坍塌，那么很难使机器人脱离它，”Sia说道。“它必须足够坚硬，像一个小型植入式机器一样工作。”

     使用这样的小设备，医生可能以更高水平的精确度递送诸如化疗的药物，可能减少强大药物的一些不良影响。它们也可以用于调节激素或在体内执行其他重要的任务。重要的是，Sia和他的团队已经老鼠中测试了3D打印的机器人设备，并取得巨大的成功。研究人员将生物块植入到患有骨癌的许多小鼠中，通过3D打印装置释放受控剂量的化疗药物。同时，通过常规方法给予患有骨癌的其他小鼠相同的药物。根据研究人员发现，在配备3D打印biobots的老鼠的测试中，肿瘤生长较慢，而且肿瘤细胞死亡更多，对健康细胞的损伤更少。

     因此，昂贵的3D打印设备为医疗专业人员提供了巨大的机会，可能作为向身体提供关键治疗的新方式。然而，首先，Sia的团队可能需要找到一种更精确的方法来控制设备。虽然目前磁性系统在实验室中具有很大效果，但是来自另一个源的强大的磁体仍然可能意外地触发身体内的装置，在错误的时间和以错误的剂量释放药物。

    现在，Sia将继续寻找可以用于患者受益的其他方式的3D打印微机械。“我相信我们会找到有用的东西，”他说。