哈工大贺强/吴英杰团队为纳米机器人突破血液层流限制提供新思路

近日，哈尔滨工业大学生命科学和医学学部贺强、吴英杰教授团队在医用游动纳米机器人领域取得重要进展。团队受游动细菌必须突破层流限制实现觅食方式的启发，揭示了血液层流对药物递送的屏障作用，实现了载药游动纳米机器人集群突破血液层流屏障精准治疗血栓。相关成果以《利用可重构涡旋状纳米机器人群突破血栓治疗中层流的限制》（Breaking the Limitation of Laminar Flow in Thrombolytic Therapy with Reconfigurable Vortex-like Nanobot Swarms）为题发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie）。该成果为载药游动纳米机器人精准治疗血栓及相关疾病提供理论和技术基础。

想象一下，人体内的血液循环系统就像一条条蜿蜒的小溪，由于“河道”狭窄、“水流”黏稠，血液大多以平静的层流形式流动。然而，这种“平静”却成了药物和纳米载体的“拦路虎”，难以跨越层流的屏障，无法有效抵达病变部位，这也是许多疾病，尤其是心血管疾病治疗效果不佳的重要原因。如何突破这一屏障，实现药物的精准投递，成了药物靶向递送领域的一大难题。

团队从自然界中找到了灵感。游动的细菌在类似的低雷诺数环境中会通过集体运动形成涡旋，从而高效获取食物。在此启发下，团队巧妙设计了一种基于戊聚糖的烧瓶状磁性纳米机器人，内部装载着溶栓药物——尿激酶。这些微型“战士”能够自组装成动态的涡旋状集群，通过旋转产生的流体力量，有效限制药物的扩散，在局部形成高浓度的药物“火力点”。在体外狭窄血管模型和大鼠下腔静脉狭窄血栓模型中，这些纳米机器人集群成功突破了层流屏障，将尿激酶精准送达血栓部位，甚至能够清理掉那些顽固附着在血管壁上的陈旧性致密血栓。

纳米机器人涡旋集群突破血管层流屏障靶向药物递送示意图（A）和超声成像血流矢量图（B）

该研究首次验证了纳米机器人集群在血栓治疗中突破层流限制实现精准靶向给药能力，打破了传统给药受限于层流屏障导致靶向效率低的瓶颈。随着技术的持续进步，此类纳米机器人有望拓展至更多疾病的治疗领域，从而为精准医疗的发展开辟新方向。

贺强、吴英杰和哈尔滨医科大学附属第二医院超声医学科冷晓萍教授为论文通讯作者。哈工大生命科学和医学学部博士研究生杨婷新为论文第一作者。哈工大物理学院司铁岩副教授、生命科学和医学学部林显坤副教授，国科温州研究院戴陆如研究员、玄明君研究员，哈尔滨医科大学附属第二医院博士研究生刘锦鸿参与相关研究工作。

该研究获国家自然科学基金、黑龙江省重点研发计划等项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202425189

来源：哈尔滨工业大学