磁控機械人溶血栓更安全高效

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中大跨學科研究團隊開發了磁控溶血酶激活劑納米機械人(tPA-nbots)治療缺血性中風,溶栓速度較傳統治療快,並有效疏通更細小更遠離主幹的末梢血管,有望減少缺血引起的腦損傷。研究已於國際學術期刊《Science Advances》及《Science Robotics》發表。

風(Stroke)是全球第二大死因,亦是導致成年人永久傷殘和認知障礙的最常見成因。溶血酶激活劑(tPA)常用於溶解急性缺血性中風(Acute Ischemic Stroke)患者的血栓,然而,若使用高劑量tPA時未能定點輸送至血栓,藥物散布至身體其他部位,不但會降低溶栓成效,還會造成顱內以至全身出血的風險。

香港中文大學跨學科研究團隊開發了磁控溶血酶激活劑納米機械人(tPA-nbots)治療缺血性中風,溶栓速度較傳統治療快5-20倍,並有效疏通更細小更遠離主幹的末梢血管,有望減少缺血引起的腦損傷及治療的副作用。此外,團隊亦成功利用激光散斑對比影像掃描(Laser Speckle Contrast Imaging,LSCI)實時追蹤、輸送納米機械人及監察血流狀況。

中大醫學院內科及藥物治療學系腦神經學教授梁慧康強調,及時疏通大腦受阻塞的血管,恢復血流非常重要。他表示:「中風患者在沒有施予任何治療下,每分鐘約有190萬個腦細胞死亡。雖然在現有技術下,導管已可進入腦動脈的主幹清除血栓,但仍難以進入遠離腦動脈主幹和更幼細的末梢血管。我們需要克服此技術瓶頸,發展安全而有效的新技術以保護大腦功能。」

 

快速溶栓增強治療效果

中大工程學院機械與自動化工程學系、中大醫學院影像及介入放射學系和內科及藥物治療學系的跨學科研究團隊共同開發磁控tPA-nbots,透過將載有tPA-nbot群的導管置入接近血栓的位置,然後遙控這些納米機械人到達只有亞毫米大小的血管中,瞄準血塊啟動溶栓過程。血塊溶解後,tPA-nbot群將會被導航回到導管,一併離開人體,確保安全。

中大機械與自動化工程學系教授張立解釋:「tPA-nbots的尺寸只有約300納米,可在狹窄的末梢血管中導航至血栓位置,定位輸送tPA。此精準局部施藥方法可防止高劑量的tPA在體內流動,降低出血風險。即使減少劑量,tPA-nbots的溶栓速度亦較傳統治療快5-20倍,節省疏通血管時間,有望減少中風患者的腦損傷。」

中大醫學院影像及介入放射學系榮休講座教授余俊豪指出:「這個新治療系統有望將納米機械人經導管輸送,並由體外磁場引導到末端血管或其他小血管內的血栓位置,彌補單純倚靠導管的不足。儘管在臨床應用前仍有不少技術問題要解決,我相信我們正朝著正確的方向邁出重要一步。」

LSCI追蹤導航納米機械人

為解決目前影像掃描技術對影像掃描尺寸和時間空間解析度的限制,團隊提出利用激光散斑對比影像掃描(LSCI)在血管內實時追蹤和導航納米機器人的活動。通過LSCI,團隊能在複雜的血管環境中,監測和分析缺血性中風影響區域的血流狀況、溶栓過程和血栓狀態的變化,確保藥物傳輸的效率和生物醫學安全。

 

中大醫學院內科及藥物治療學系腦神經科助理教授葉耀明醫生表示:「實時監測納米機械人在血管內的活動,是證明其安全性和傳輸至準確位置的關鍵。我們透過LSCI成功觀察並追蹤納米機械人在血管模型、胎盤和小動物於靜止或快速流動的血液環境中的活動,這些影像有助調較納米機械人的劑量、磁場應用的距離、強度和角度,為日後臨床應用的發展奠下基礎。」

研究助理教授陳啟楓教授補充:「我們所研發的tPA-nbot因其高精準靶向遞送能力,大大減少治療時間及溶栓治療可能出現的副作用,提高治療效率及安全,顯示此新技術有很大的臨床應用潛力。」 3

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