腦神經外科手術是相當複雜的手術。大腦作為極度精密的器官，無數功能結構緊密交織，要在大腦內精準導航並進行治療殊不簡單。更關鍵的是，大腦主宰著人類的生命，即使是一個最微小的錯誤，都可能造成不可設想的後果。
腦腫瘤治療面臨的困境可想而知。手術切除風險極高，放射治療又可能誤傷脆弱的腦組織。化療是第三種常見的治療方法，但此方法亦面對血腦屏障的阻礙，以致難以將足夠劑量的藥物遞送到大腦。隱藏在腦部深處的腫瘤尤其棘手，它們位於難以觸及的區域或靠近關鍵功能區，如腦幹、丘腦及眼眶後方，更需格外謹慎。
來自病人自身血液的軟體微型機械人
中大機械與自動化工程學系教授張立教授帶領的團隊可能找到更好的解決方案，團隊研發出利用病人自身血液製成的微型機械人，可以在腦部最迂迴曲折的區域中穿梭，直接將化療藥物遞送至腫瘤部位。這些微型機械人外表纖維狀猶如「紅蟲」，厚度僅為微米級，可以在僅兩毫米的狹窄空間中移動。
具體來說，團隊從血液裡提取纖維蛋白——一種在血液凝固過程中產生的蛋白質，然後將其與水凝膠結合。水凝膠是一種極具柔韌性的材料，由懸浮在水中的固體聚合物組成。它們所製成的微型機械人的剛度與腦組織十分相似，水凝膠的高柔軟性亦為機械人的運動提供更大彈性，讓它們可以穿過大腦最複雜的區域，而不造成可觀察到的任何損傷，更降低了免疫排斥的風險。
磁控實現精準導航與遞送標靶藥物
血液水凝膠微型機械人嵌入了磁性納米顆粒，這意味著可以透過X光成像技術觀察其活動，並利用外部磁場編程實現實時控制。
張教授表示：「這種做法可以讓微型機械人實現多種運動模式，包括翻滾、爬行和擺動，並可針對特定環境進行調整。例如，滾動時提供更高速度但需要較大空間，爬行適合狹窄或不平表面，以及擺動適用於充滿液體的空隙。通過動態調整磁場的方向和強度，機械人能夠適應複雜的腦內結構，確保導航精準且安全。」
外科醫生可以精確引導機械人到達腫瘤部位，通過外部的強力磁場使微型機械人分裂，將化療藥物精準地釋放到所需位置。
張教授表示，血液水凝膠微型機械人是通過腦脊液移動，這比用血管移動更優勝：血液流動速度可達每秒30厘米或更高，而腦脊液的流動速度每秒僅為0.3至1.0厘米，這讓微型機械人更易於控制。這種方式亦有效避開了血腦屏障的阻隔，以及藥物在血液中快速流失的問題。
張教授說：「與傳統療法相比，這種局部定點傳遞的化療藥物明顯更有效。它能在所需區域釋放更高的藥物濃度，同時最大程度避免影響其他區域，減低副作用。」
癌症治療的嶄新發展
這個柔軟的微型機械人由中國科學院深圳先進技術研究院（SIAT）與中大機器人與智能系統聯合實驗室開發，深圳大學化學與環境工程學院王奔副教授帶領設計， SIAT研究員徐天添博士則負責機械人的運動控制設計。
在研究中，微型機械人成功在豬隻身上抑制了腦腫瘤的生長。團隊下一步計劃在更複雜的動物模型中進行測試，預計在三至五年內進行人體實驗。
張教授表示：「下一階段是優化軟體微型機械人的設計與功能，將其推展至臨床應用。我們正在改進纖維結構，希望超越目前的簡單設計，設計更複雜的結構，增強運動能力和藥物遞送功能，並提升精準度和效率。我們亦會探索及整合先進的成像和控制系統的功能，以改善實時追蹤和遠程操作的效果。」
這項技術特別適用於治療難以觸及或隱密部位的腫瘤，它將可應用於治療大多數腦腫瘤，甚至其他深部器官的腫瘤。在對抗癌症的戰場上，我們即將迎來一支精悍的微型戰士。
