香港中文大学（深圳）俞江帆教授团队对微型机器人集群用于癌症治疗进行了综述

综述背景

癌症传统疗法如化疗存在靶向性差、系统毒性高等问题。微型机器人集群通过主动递送、环境自适应和集体智能行为，可突破肿瘤生理屏障如致密的肿瘤微环境，实现精准药物递送和实时成像，为癌症治疗提供变革性策略。这篇综述从群体的角度总结了微型机器人集群在癌症治疗中的应用（图1）。通过从肿瘤细胞靶向杀伤、肿瘤微环境浸润和肿瘤免疫调节三个方面系统阐述了用于癌症治疗的微型机器人的设计。然后，文章进一步介绍了集群在体内的递送和成像策略。最后，文章总结了集群在不同器官肿瘤中的现有应用，并展望了集群用于肿瘤治疗的发展前景。

综述重点内容

微型机器人单体的功能化设计

文章针对肿瘤具有无限增殖、肿瘤微环境难以突破、微环境免疫抑制的特点，从肿瘤细胞靶向杀伤、提高肿瘤浸润、肿瘤免疫调节三个主要方面进行了总结。化疗药物通过杀伤肿瘤细胞从而达到治疗的目的。然而，全身化疗的肿瘤靶向性差，对正常组织造成伤害。本文综述了用于肿瘤靶向递送化疗药物及整合基因治疗、溶瘤病毒治疗和光疗的微型机器人设计（图2）。此外，文章概述了针对肿瘤微环境设计的响应型微型机器人，如催化过氧化氢以缓解肿瘤缺氧的微型机器人及能自主靶向低氧区的趋磁细菌。针对肿瘤部位的免疫抑制现象，本文还总结了旨在提高免疫浸润和增强CAR-T细胞对实体瘤疗效的微型机器人单体设计策略（图3）。

集群的体内递送与成像

传统的纳米药物主要通过被动扩散到达肿瘤部位，并通过增强渗透性和滞留性效应（EPR）在肿瘤组织中积累，然而，越来越多的证据表明，只有约0.7%的纳米药物能到达实体瘤，极大地限制了当前纳米载体的临床有效性。相比之下，微型机器人群体在继承传统纳米药物优点（如药物保护、选择性及生物相容性）的同时，还具备主动运动能力，从而为提升抗肿瘤药物的远程及短程靶向递送效能提供了巨大潜力。本文重点讨论了三种远程递送策略（图4）：集群的实时引导、势阱递送和集群的自主运动递送。同时，为了有效引导和控制微型机器人集群，本文总结了利用荧光、超声、MRI和光声成像等技术对体内集群实时追踪。值得一提的是，抵达肿瘤部位的集群本身还可作为造影剂，用于肿瘤的成像与传感，最终实现精准的肿瘤靶向药物递送（图5）。

器官特异性治疗应用

发生在不同器官的癌症具有不同的生理学特性，相应的治疗方法也不同。随后作者总结了微型机器人集群在不同器官肿瘤治疗中的典型工作，包括肺癌、脑癌、肝癌、胃肠道癌和膀胱癌，并基于不同器官肿瘤的病理生理学特性，如脑部血脑屏障、肺部气道分支、肝脏免疫抑制微环境等，提出了定制化微型机器人集群治疗策略（图6）。

未来展望

作者最后总结了集群在癌症治疗领域的主要挑战，首先是生物相容性问题需解决材料毒性（如金属纳米颗粒释放有害离子）、免疫清除（通过PEG修饰或CD47标记延长循环时间）及脱靶风险（磁导航联合肿瘤靶向配体提升精准性）。其次，致密的细胞外基质和免疫抑制微环境阻碍了集群渗透。需设计多功能混合系统（如磁化工程菌），整合自主与外部驱动机制以增强肿瘤穿透力。最后，现有研究多限于小动物模型，需开发适用于人体的集群驱动设备与控制系统，并通过融合先进智能控制算法（如强化学习、群体智能算法）以大幅提升集群在复杂生理环境中的运动精度与控制可靠性。

来源：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0686