當(dāng)下，肺部遞送面臨的核心問題是：如何精準(zhǔn)遞送到肺部深處的目標(biāo)位置?，F(xiàn)有的支氣管鏡可到達(dá)的深度有限，因此如何到達(dá)目標(biāo)位置，如何釋放藥物，以及如何實(shí)現(xiàn)緩釋是呼吸道疾病給藥的瓶頸。

為解決上述難題，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授俞江帆團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了針對肺部支氣管、精準(zhǔn)外部作用力引導(dǎo)的藥物遞送平臺。其獨(dú)特之處在于，并非像傳統(tǒng)方法那樣在液體環(huán)境（例如血液、胃液等）中進(jìn)行選擇性遞送，而是通過新型微納機(jī)器人集群，直接在空氣-黏膜界面環(huán)境中實(shí)現(xiàn)肺部的精準(zhǔn)靶向給藥。

（來源：Science Advances）

相關(guān)論文以《用于支氣管內(nèi)靶向遞送的活性微凝膠顆粒群》（Active microgel particle swarms for intrabronchial targeted delivery）為題發(fā)表在 Science Advances[1]。香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院博士生陳輝是第一作者，俞江帆擔(dān)任通訊作者。

圖丨相關(guān)論文（來源：Science Advances）

現(xiàn)有治療肺部纖維化和肺癌治療肺部疾病的方式具有各自的局限性：

打點(diǎn)滴、打針等靜脈注射方式存在藥物到達(dá)目標(biāo)部位的比率極低，與此同時(shí)，藥物經(jīng)全身血液循環(huán)存在副作用風(fēng)險(xiǎn)等問題；穿刺方式進(jìn)行肺部注射給藥相對有創(chuàng)，并且部分位置因易出血等原因難以實(shí)現(xiàn)穿刺，還可能出血窒息、肺氣腫等問題；霧化等吸入給藥方式盡管部分抗炎藥物可以通過該方式吸入，但靶向藥、細(xì)胞類藥物很難通過該方式吸入，且無法精準(zhǔn)到達(dá)病灶處。

自然界中蟻群的行為以及部分細(xì)胞群遷移行為能夠大幅度增加運(yùn)動(dòng)性，并產(chǎn)生自適應(yīng)行為。受此啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)希望通過增加微型機(jī)器人個(gè)體數(shù)量激發(fā)集群能力，來顯著增強(qiáng)微納機(jī)器人集群的裝載運(yùn)載能力、運(yùn)動(dòng)能力以及醫(yī)療成像能力（例如 B 超、X 光、CT 等）。

圖丨微機(jī)器人集群生成與運(yùn)動(dòng)（來源：Science Advances）

研究團(tuán)隊(duì)首先探索集群粒子單元之間的相互作用，進(jìn)一步拓展到三個(gè)以及多個(gè)集群粒子的相互作用機(jī)理。通過開發(fā)動(dòng)態(tài)三維振蕩磁場，觸發(fā)集群單元之間的相互運(yùn)動(dòng)和位置的重構(gòu)。結(jié)果證明，底部的粒子受到驅(qū)動(dòng)后，會(huì)逐漸像登山一樣爬到其他的粒子上面，進(jìn)而逐步形成集群的行為高度的變化。

俞江帆對 DeepTech 表示：“我們通過集群建模、設(shè)計(jì)磁場實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的自適應(yīng)控制。這種能力很大程度上保證了我們的集群能夠應(yīng)用在肺部深處的肺支氣管的遞送中，并防止錯(cuò)誤地到達(dá)沿途的其他支氣管中?！?/p>

由于肺部是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的特殊場景，因而在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，如何做好遞送的精度控制具有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。該研究一方面通過磁場進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，另一方面將磁場與 CT 結(jié)合，為未來醫(yī)療場景下的實(shí)際應(yīng)用落地奠定了良好的基礎(chǔ)。

此外，該技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了藥物的精準(zhǔn)裝載和釋放。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，沿途的肺部組織并未被藥物染色，但到了目標(biāo)點(diǎn)，藥物的釋放和細(xì)胞的染色非常明顯。

（來源：Science Advances）

該技術(shù)有望為肺部纖維化和肺部腫瘤精準(zhǔn)遞送藥物或干細(xì)胞，提供一種無創(chuàng)治療的新手段。此外，在治療肺部腫瘤的過程中，也可以在該體系中裝載一些放療顆粒，通過精準(zhǔn)的定域放療減小對腫瘤周圍組織的影響。

“我們開發(fā)的體系實(shí)際上是一個(gè)緩釋平臺，它不是一下子把藥物全都釋放干凈，而是經(jīng)過一段時(shí)間的停留后，慢慢地將藥物緩釋出來，因而非常適用于肺部腫瘤及肺纖維化的治療。”俞江帆表示。

在這項(xiàng)研究中，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在動(dòng)物模型（豬）的定域遞送，但目前使用的是模型藥物。在接下來的研究階段中，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步開展治療實(shí)驗(yàn)，通過建立肺部疾病模型，載入肺纖維化治療的藥物或干細(xì)胞，真正比較這種新方案與傳統(tǒng)治療方法的效果。

俞江帆團(tuán)隊(duì)致力于將微型機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，主要方向包括：針對血管疾病的介入治療，包括血栓清除、腫瘤早篩和化療栓塞等；在腦科學(xué)領(lǐng)域，通過主動(dòng)型的遞送系統(tǒng)解決棘手疾??；在消化道領(lǐng)域，進(jìn)行胃部多發(fā)性胃潰瘍和胃穿孔貼附的高效治療。憑借一系列優(yōu)秀成果，俞江帆成為 2025 年度“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”亞太區(qū)入選者之一。

圖丨俞江帆（來源：俞江帆）

在針對血管疾病的臨床介入治療中，血管走向就像是一張地圖，有效介入治療的首要前提是充分了解這張“地圖”。

造影是介入治療的關(guān)鍵技術(shù)，目前使用的大部分是被動(dòng)造影劑碘海醇。也就是說，血液流向哪里，它就走向哪里。其問題在于，部分場景下血流的動(dòng)力學(xué)也在發(fā)生改變。比如，有血栓之處由于血管被堵住，會(huì)造成造影不充分的問題。

在一些關(guān)鍵的疾病場景中，例如腦血栓、肺門靜脈的栓塞等，存在造影弱甚至沒有造影的問題，目前僅能憑借經(jīng)驗(yàn)豐富醫(yī)生的手感反饋來判斷血管壁或血栓是否能順利通過。

圖丨文章總體核心（來源：Nature Machine Intelligence）

為解決上述問題，研究團(tuán)隊(duì)利用微型機(jī)器人集群，開發(fā)了一種主動(dòng)型的造影劑，利用磁場引導(dǎo)集群運(yùn)動(dòng)，借助于所開發(fā)的一系列算法和邏輯，可以自主地探索和精準(zhǔn)定位全部的血管網(wǎng)絡(luò)。

日前，相關(guān)論文以《利用微機(jī)器人集群主動(dòng)探索和重建血管網(wǎng)絡(luò)》（Active Exploration and Reconstruction of Vascular Networks Using Microrobot Swarms）為題發(fā)表在 Nature Machine Intelligence[2]，俞江帆擔(dān)任獨(dú)立通訊作者。

圖丨相關(guān)論文（來源：Nature Machine Intelligence）

參考資料：

1.Chen,H. et al. Active microgel particle swarms for intrabronchial targeted delivery. Science Advances 11,11(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3356

2.Du, X., Wang, Y., Law, J. et al. Active exploration and reconstruction of vascular networks using microrobot swarms. Nat Mach Intell 7, 553–564 (2025). https://doi.org/10.1038/s42256-025-01012-y

運(yùn)營/排版：何晨龍