机器学习赋能高通量微型机器人制备并实现精准血管栓塞治疗

在医学领域，用于血管内栓塞的微型机器人在动态血管内实现精准递送一直面临着诸多挑战，如：在进行经血管途径的介入手术时无法在数字减影血管造影（DSA）下观察到栓塞微球在血管中的分布，从而导致异位栓塞及不完全栓塞等问题（Adv Mater. 2024: e2412187）。此外，传统制备方法（如微流控技术）生产效率低、粒径控制不精准，难以满足临床对高质量和大批量栓塞材料的需求。鉴于此，厦门大学刘刚教授（点击查看介绍）团队提出的新技术——智能高通量振荡剪切技术（iGHOST），并设计了一种磁性碘化油-海藻酸钙微型机器人（MagLiCA），为血管栓塞治疗提供了新的方法和思路。

研究显示，iGHOST技术能够以超高效率（超过240 mL /h）连续生产尺寸可调节（400-1000 μm）的多样化、可编程、多功能的微型机器人，比传统微流控方法至少快24倍。此外，iGHOST是一种绿色简便的方法，制备得到的微型机器人只需简单清洗，无需繁琐的纯化工艺。通过利用机器学习（ML）可成功识别出影响微型机器人合成成功率和球形度的关键参数（如振荡频率、溶液流速等），从而显著提升了材料的均一性和生产稳定性。利用iGHOST技术制造的磁性碘油-海藻酸钙（MagLiCA）微型机器人具有优异的磁响应特性以及在X射线成像下具有极高的对比度。这一特性使得它们能够在流速高达4 mL/ min的流体中实现精准磁控，并在活体兔肝脏和肾脏血管中实现了DSA可视化引导精准的血管栓塞治疗，有效解决了当前血管内微球栓塞治疗面临的异位栓塞及不完全栓塞问题。MagLiCA微型机器人由超顺磁性氧化铁纳米颗粒、碘化油以及海藻酸钙构成，具备出色的生物安全性，因此在临床转化方面颇具潜力，有望进一步实现临床应用。该研究所采用的方法巧妙地把栓塞微球的设计与微型机器人技术的开发有机结合起来，成功实现了对血管内栓塞以及局部药物递送过程的实时视觉引导，不仅突破了传统栓塞材料的局限，还为精准医学和个性化治疗提供了新思路，也为肝癌、静脉曲张等肿瘤性疾病及血管性疾病的介入治疗带来了新的希望。

近日该论文发表于Small。厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心博士研究生彭徐齐、硕士研究生唐海添、博士研究生赵振文和郑雅婷为该论文共同第一作者，刘刚教授与张阳博士为该论文的共同通讯作者。

论文得到国家重点基础研究发展计划（2023YFB3810000）、国家自然科学基金（81925019、U22A20333、82302403）等科研项目的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Intelligent Generic High-Throughput Oscillatory Shear Technology Fabricates Programmable Microrobots for Real-Time Visual Guidance During Embolization

Xuqi Peng, Haitian Tang, Zhenwen Zhao, Yating Zheng, Xiran Gui, Aijun Jiang, Pan He, Xiaofei Wen, Qian Zhang, Ziyang Mei, Yesi Shi, Chengchao Chu, Yang Zhang, Gang Liu

Small, 2024, DOI: 10.1002/smll.202408613

导师介绍

刘刚

https://www.x-mol.com/university/faculty/39458