健康新視界》顯微機器人治療腦癌（潘懷宗）

中性球機器人可以在未來將抗癌藥送進大腦，治療腦癌病患。（示意圖／Shutterstock)

科學真的是日新月異，筆者每天搜尋並拜讀國際健康新聞，也看得受益良多，讚歎連連。2021年3月24日在《科學機器人》雜誌（Science Robotics）上刊登了一篇研究論文，中國哈爾濱工業大學微奈米技術研究中心賀強教授和吳志光教授以及博士班研究生張紅玥共同製造了以電磁控制的顯微機器人，這個機器人是利用嗜中性白血球（Neutrophil）做爲基礎，因此被命名爲Neutrobots，直接翻譯成「中性球機器人」，這些中性球機器人可以在未來將抗癌藥送進大腦，治療腦癌病患。

類似這類的微小機器人，能在血管內游泳、導航，藉以實現無侵害性的藥物輸送和疾病治療，是目前科學界非常熱門且正在努力開發的領域。但在實際執行的過程中，有些設計出來的微型機器人會被人體的免疫系統攻擊和清除，因此要在設計的初期，就要想辦法避免。在這篇文章裡，作者利用嗜中性白血球的主要原因爲：它本來就是免疫系統的一分子，自己人，所以不會被清除，也不會被血腦屏障所阻擋（白血球與生俱來就有進入大腦的通行證），此外，白血球會主動被吸引地往發炎的方向遊動（因爲高濃度細胞激素的緣故），相當完美。

接下來讀者一定會問，機器人是怎麼做出來的呢？首先，作者會製做奈米凝膠顆粒，顆粒內包覆了磁性材料─氧化鐵（Iron Oxide）和抗癌化療藥物紫杉醇（Paclitaxel）。第二步，則是利用大腸桿菌的外套膜來包裹這些凝膠顆粒，也就是僞裝成一個有害的細菌（披着狼皮的羊）。最後，再讓自體分離出來的嗜中性白血球去吞噬這些假細菌，於是就完成了所謂的中性球機器人。

而作者利用大腸桿菌外套膜的僞裝方式，除了能大大提高吞噬作用的效率外（讓中性球內充滿大量的磁性材料和藥物），同時還可以防止抗癌藥物在中性球內泄漏出來的機率，進而使得這些奈米顆粒對嗜中性白血球的胞內毒性降低。當把這些中性球機器人注射進入小鼠的血管後，利用外加的磁場，就可以控制並加速這些機器人在血管內的遊動方向和速度，再加上嗜中性白血球原本就會主動的越過血腦屏障往腦內發炎的方向移動，因此與傳統的注射藥物相比，機器人等於是多了兩種推進力，確實大大提高了效率和速率。

其實利用細胞（巨噬細胞或紅血球）載藥的嘗試，這不是第一次，但之前不能完全治療小鼠腦部腫瘤的原因，部分是由於把藥送到疾病部位的速度不夠快速集中和劑量不夠高所導致。爲了加快速度，研究人員纔想到利用磁性材料，以外部通過磁場的方式來加速它們。研究團隊先在體外測試了中性球機器人的導航和藥物輸送能力，在磁場的控制下，中性球機器人的移動速度可以達到每秒16.4 μm，比原本的嗜中性白血球的速度快約50倍。最後，研究人員測試了這些機器人是否可以治療小鼠腦癌。

他們先將神經膠質瘤細胞（glioma）注射到所有實驗小鼠的大腦中，10天后，將小鼠分成四組，第一組爲控制組。第二組則是替小鼠進行腦外科手術，切除腫瘤，由於手術後會放出大量的細胞激素，於是可以增強吸引中性球機器人過去。第三組是把小鼠放進磁場內，利用磁力將機器人加速引向大腦。第四組的小鼠是手術和放進磁場都進行。當然，四組所有老鼠的尾巴都會注射同等數量的載藥機器人進去，當使用核磁共振儀（MRI）進行造影監控時發現，同時接受手術和磁場治療的小鼠大腦中，在神經膠質瘤周圍積累的中性球機器人數量最多且快，而放入磁場的小鼠次之，僅有腦外科手術的小鼠更次之，控制組的小鼠最低。同時，小鼠的存活率也和中性球機器人的數量有正向相關性，顯示外科手術和磁場引導這兩個措施會互補並增強療效。

雖然這篇論文有一定的貢獻度和突破性，但仍然有許多挑戰需要克服。第一是必須提高微型機器人進入腫瘤區域的百分比，經過計算，這次研究的機器人只有約11%到達小鼠的腦瘤部位，其餘的89%去了哪裡呢？這些機器人如果在身體其他的區域內累積，我們就必須注意長期累積後的副作用。第二是就算微型機器人能夠到達腫瘤區域，其所攜帶的藥物總量是否能夠精準控制，不會過高或過低，當然，也要防止藥物的過早釋放，也就是說，在中性球機器人到達目的地前，不會漏出藥物，否則就算到達目的地，也只是個空包彈而已。

醫學科學的進步，可以說是每天都在進行，主要目的，就是希望能讓病患得到更好的治療，今天這篇中性球機器人的科學論文，雖然有了很不錯的點子，同時也在動物實驗中得到了初步的成功，但距離真正人類可以使用的階段，仍然是差了一大截，但不論如何，都是值得我們鼓勵與學習的。總之，萬丈高樓也需平地起，不是嗎？（作者爲陽明大學兼任教授、佛光大學講座教授）