基于微操作與微機(jī)器人技術(shù)的細(xì)胞手術(shù)：癌癥未來的克星，癌癥患者的福音

據(jù)最新公布數(shù)據(jù)表明，全球每年有880萬人死于癌癥，占全球每年死亡總?cè)藬?shù)近六分之一，死者大多數(shù)在中低收入國(guó)家。每年有1400多萬新發(fā)癌癥病例，預(yù)計(jì)到2030年這一數(shù)字將增加到2100多萬，癌癥已經(jīng)成為世界頭頂?shù)囊黄瑸踉啤?/p>

9月21日，在佛山市禪城區(qū)聯(lián)合三航工業(yè)技術(shù)研究院共同舉辦的“2017機(jī)器人國(guó)際大會(huì)”中，香港城市大學(xué)講席教授、博士生導(dǎo)師、機(jī)械與生物醫(yī)學(xué)工程系主任，IEEE院士、HKIE院士孫東教授則提出了基于微操作與微機(jī)器人技術(shù)的細(xì)胞手術(shù)，這讓我們對(duì)于未來癌癥治療的期望增加了不少。

孫東教授表示，癌癥疾病的發(fā)展從一個(gè)單細(xì)胞變成一個(gè)比較大的腫瘤，從第一階段一直往下發(fā)展，最后成為癌細(xì)胞。目前我們的醫(yī)療手段主要集中在腫瘤階段，但是目前我們都希望能夠?qū)崿F(xiàn)早期診斷和早期治療，主要是在單細(xì)胞進(jìn)行處理。如果要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就需要精度很高，細(xì)胞的處理就要通過手術(shù)來進(jìn)行，我們可以把一個(gè)細(xì)胞進(jìn)行改變，然后把這個(gè)細(xì)胞再注入腫瘤細(xì)胞集群中，改變其他的細(xì)胞。

我們?cè)谶^去的20年里細(xì)胞手術(shù)的發(fā)展非常長(zhǎng)遠(yuǎn)，而且從一個(gè)非常新的核細(xì)胞理念發(fā)展到最近非常成功的臨床實(shí)驗(yàn)，這是我們2016年一個(gè)單細(xì)胞手術(shù)的成功案例。還有一個(gè)非常成功的案例是通過改變基因來治療白血病，我們通過改變病人體內(nèi)細(xì)胞的基因的方法治療白血病。

現(xiàn)在我們主要面臨的問題是精度不高、效率比較低、連續(xù)性不夠、成功率比較低、熟練度不夠等等，而且現(xiàn)在我們希望它能夠達(dá)到能夠更全體的檢測(cè)、更高的成功率、更好的圖象反饋以及人工智能等等，對(duì)于這些操作，我們希望機(jī)器人來幫助我們實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

細(xì)胞手術(shù)機(jī)器人是什么呢？傳統(tǒng)醫(yī)療機(jī)器人從器官水平提升到了細(xì)胞水平，甚至達(dá)到了亞細(xì)胞的水平。我們現(xiàn)在有三種不同的操作臂來實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的操作手術(shù)，第一個(gè)是VIVO，叫做激光投射單細(xì)胞手術(shù)，它可以在一個(gè)血細(xì)胞、紅細(xì)胞中進(jìn)行激光的治療。第二是微針的操作可以進(jìn)行單細(xì)胞手術(shù)。第三是細(xì)胞修正技術(shù)，香港現(xiàn)在建立一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全新的研究，自動(dòng)化的優(yōu)化細(xì)胞操作員，能夠?qū)?xì)微的器官通過操作機(jī)來進(jìn)行細(xì)胞交付，然后將二者整合起來，形成初步的服務(wù)機(jī)器人。通過精密的交付，我們可以提升機(jī)器人在這方面的技術(shù)。

全球機(jī)器人的市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，年度增長(zhǎng)超過20%，全世界明年要增長(zhǎng)320億，一個(gè)是醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)，另外一個(gè)是細(xì)胞機(jī)器人，甚至?xí)懈叩募?xì)胞手術(shù)需求。

對(duì)于自動(dòng)機(jī)械操作器的細(xì)胞療法，孫東介紹道，此療法主要基于幾個(gè)研究技術(shù)的基礎(chǔ)，例如光學(xué)操作員、微組織操作員、3D操作、視頻控制、視頻分布以及微芯片技術(shù)等，這些系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞在體內(nèi)和體外的移植，我們的視覺計(jì)劃之內(nèi)和計(jì)劃之外可以做一些康針活體檢驗(yàn)以及微注射。通過跟蹤顆粒的方法，以一種非常細(xì)致的手段，這些微粒具有10微米到10毫米的微小體積，我們相信光學(xué)推測(cè)能夠使機(jī)器人進(jìn)行熟練的操作，成為一個(gè)熟練的操作工具，它可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行造影，具有很高的靈活性和高度的移動(dòng)性。

前面說的是機(jī)械方面以及基于激光的措施系統(tǒng)，在我們把細(xì)胞融合之后，我們還能做什么呢？我們需要把細(xì)胞轉(zhuǎn)型，抓成新的類型，我們需要自動(dòng)化的操作器，來進(jìn)行精細(xì)的交付，精細(xì)醫(yī)療可以應(yīng)用于組織修復(fù)、組織再生等等，這是我們的工程師所面對(duì)的問題。這里有兩個(gè)挑戰(zhàn)，第一我們需要開發(fā)出這樣一個(gè)設(shè)備，來使微物質(zhì)能夠進(jìn)入到體內(nèi)，這個(gè)系統(tǒng)必須提供大量的工作空間。我們需要3D下進(jìn)行微粒的控制，現(xiàn)在全世界僅有幾個(gè)研究組能夠產(chǎn)出這樣的設(shè)備。第二個(gè)挑戰(zhàn)就是要設(shè)計(jì)出一個(gè)瓷機(jī)器人，使這個(gè)機(jī)器人在體內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)。我們現(xiàn)在正在開發(fā)第二版，現(xiàn)在能夠提供100微米、200微米到300微米的工作空間，這個(gè)已經(jīng)足夠大了，使任務(wù)得以實(shí)現(xiàn)。在新的版本當(dāng)中，我們可以檢測(cè)到這些顆粒。當(dāng)你設(shè)計(jì)操作機(jī)器人的時(shí)候，我們的機(jī)器人有一個(gè)多孔的結(jié)構(gòu)，通過這種方式我們可以有足夠的通道，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)的輸送。它的螺旋性結(jié)構(gòu)可以幫助我們的機(jī)器人附著和運(yùn)輸，而且這些細(xì)胞可以成功地在機(jī)器人上面生長(zhǎng)。

至于如何應(yīng)用3D印刷技術(shù)呢？孫東教授表示，3D印刷技術(shù)的設(shè)計(jì)是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，通過激光的掃描技術(shù)，采用不同的方法，我們的小機(jī)器人只有80微米大小，現(xiàn)在我們的VIVO運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)可以成功在一個(gè)細(xì)胞上運(yùn)輸我們的機(jī)器人，有很多的視覺和動(dòng)態(tài)控制，可以非常精準(zhǔn)地控制它的移動(dòng)以及軌跡。我們可以成功地來控制這個(gè)胚胎細(xì)胞的移動(dòng)，移動(dòng)到我們想讓它去的地方，非常精準(zhǔn)。我們這個(gè)測(cè)試做了很多次，來保證精度是足夠的，所有的精度錯(cuò)誤都是0。

我們接下來要考慮的是機(jī)器人是不是能夠從細(xì)胞上分離出來，這非常重要，因?yàn)槲覀兛梢园鸭?xì)胞移動(dòng)到一個(gè)地方，那么怎么能夠讓細(xì)胞通過機(jī)器人的操作離開組織、離開器官？我們現(xiàn)在假設(shè)有一個(gè)結(jié)構(gòu)能夠幫助細(xì)胞離開組織，我們?cè)跍y(cè)試的時(shí)候同時(shí)讓它離開，現(xiàn)在我們?cè)谛“资笊厦孀鰧?shí)驗(yàn)。一個(gè)星期以后可以看到細(xì)胞確實(shí)開始生長(zhǎng)、開始復(fù)制，最后變成了癌癥細(xì)胞，然后我們從中發(fā)現(xiàn)這個(gè)細(xì)胞從機(jī)器人上面釋放出來，我們用這個(gè)小白鼠來實(shí)驗(yàn)，以此來研究癌癥和干細(xì)胞在白鼠體內(nèi)的發(fā)展。

癌癥并可怕，可怕的諱疾忌醫(yī)，隨著未來技術(shù)的發(fā)展，癌癥或?qū)⒊蔀槠胀ú“Y一般，也許只要簡(jiǎn)單的手術(shù)，便可完全治愈。