姚芳沁

英國癌癥研究中心的數(shù)據(jù)顯示，全球每三個人之中就有一個在有生之年會被確診為某種形式的癌癥，這真是個叫人吃驚而又郁悶的結(jié)果。

不過，醫(yī)生和機(jī)器人科學(xué)家正在想辦法大幅度減少人們患癌的比例，而解決這一問題的關(guān)鍵，或許就掌握在那些可以讓你吞食的電池和機(jī)器人身上。

美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的研究人員利用黑色素開發(fā)了一種無毒的可食用電池，這種黑色素就是在人體皮膚、頭發(fā)和眼睛內(nèi)常出現(xiàn)的那種，所以完全是純天然的。

“幾十年以來，人們一直想發(fā)明出能夠食用的電子設(shè)備，來幫助我們確診或是治療疾病?！笨▋?nèi)基-梅隆大學(xué)負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的研究者Christopher Bettinger對《第一財經(jīng)周刊》說，“但如果像我們現(xiàn)在吃藥一樣每天都服用這些電子設(shè)備，你不得不考慮毒性的問題，所以我們開始考慮是否可以用一些生物材料來取代你在市場上看到的傳統(tǒng)材料?！?/p>

研究人員通過對黑色素功能的探索發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫外線照射到黑色素的化學(xué)鏈時，后者會以極快的速度震動，將99%有害的紫外線轉(zhuǎn)換成無害的熱量，從而保護(hù)生物體。此外，它還能綁縛和解綁金屬離子，而這正是電池的基本工作原理。在實(shí)驗(yàn)中，使用600毫克黑色素的這種電池可以為5毫瓦的裝置連續(xù)供電18個小時。

盡管黑色素電池的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我們?nèi)粘Ｊ褂玫匿囯姵?，但對于支持藥物輸送裝置或是診斷傳感器來說，已經(jīng)足夠強(qiáng)大。這些電池可以為可服用的微型機(jī)器人充電，微型機(jī)器人在人體的血管內(nèi)自由流動，對遭到癌變破壞的細(xì)胞和腫瘤精準(zhǔn)定位并發(fā)起攻擊。

把機(jī)器伸進(jìn)人體的食道中拍攝，觀察消化系統(tǒng)運(yùn)行的裝置早在二十年前就已經(jīng)發(fā)明出來了，比如現(xiàn)在常用的胃鏡，不過，它在一開始就被設(shè)計(jì)成只能穿過人體，而不能被人體消化，并且為了防止有毒物質(zhì)的泄露，使用次數(shù)必須越少越好。除此之外，現(xiàn)在常用的裝在人體內(nèi)的電子設(shè)備還有心臟起搏器，里面同樣包含著毒性裝置，它們被非常嚴(yán)格地封鎖起來以杜絕與人體產(chǎn)生接觸。

可食用、可降解、無毒的電池可以讓輸送藥物的裝置以藥片的形式生產(chǎn)出來，給病人帶來最小的風(fēng)險和痛苦。Bettinger表示，這種可食用的設(shè)備在人體內(nèi)不超過20個小時就會自行降解。這一裝置還能根據(jù)人體的變化，對其做出反應(yīng)：釋放藥物，或是在幾個小時之內(nèi)持續(xù)注射疫苗。

Bettinger的團(tuán)隊(duì)目前正在研究其他可用作電池的生物材料，比如說在一些植物中常見的果膠。

事實(shí)上，利用植入人體內(nèi)的電子設(shè)備來治療疾病也已經(jīng)進(jìn)入了大公司商業(yè)化的視野。英國制藥巨頭葛蘭素史克和Google母公司Alphabet旗下的生命科學(xué)子公司Verily在今年7月就宣布成立了一家名為Galvani的生物電子公司。

Galvani生物電子將基于葛蘭素史克過去3年的研究成果繼續(xù)開發(fā)微型神經(jīng)調(diào)整裝置，如果成功的話，在一些疾病的治療上，這種裝置將取代一些傳統(tǒng)藥物。兩家公司在接下來的7年中共同投入超過7億美元，聘用30名科學(xué)家分別在葛蘭素史克位于英國的研發(fā)中心，以及Verily位于舊金山的總部來支持這項(xiàng)研究。

生物電子藥物有點(diǎn)像某種通訊工具。這個生命科學(xué)研究領(lǐng)域的新分支是把裝置直接安放在人體內(nèi)來改變特定神經(jīng)的活動，改變后的神經(jīng)能向病變的器官發(fā)送信號，阻止一些疾病癥狀的惡化。

早在2013年，葛蘭素史克就開始了生物電子裝置的研究?！爱?dāng)我們剛開始有這個概念的時候，我們意識到設(shè)計(jì)納米芯片、無線通信、大數(shù)據(jù)分析以及其他電子元件并不是我們的強(qiáng)項(xiàng)。”新公司的董事長、原葛蘭素史克全球疫苗業(yè)務(wù)董事長Moncef Slaoui說。葛蘭素史克隨后向幾乎所有的技術(shù)大公司尋求合作，但大多數(shù)都對這項(xiàng)研究表示畏懼，主要是擔(dān)心開發(fā)植入人體內(nèi)的微型裝置會帶來法規(guī)上的挑戰(zhàn)，只有Verily立刻表達(dá)出興趣，以及對這項(xiàng)技術(shù)未來前景的看好。兩家公司合作后，當(dāng)務(wù)之急是整合生物和技術(shù)，投入大量的研發(fā)資金，來使這個概念成為現(xiàn)實(shí)。

過去幾年內(nèi)，葛蘭素史克已經(jīng)繪制出了人體的“神經(jīng)地圖”，這張地圖會顯示人類所有的神經(jīng)如何影響器官運(yùn)作以及疾病的形成。如何將這些數(shù)據(jù)傳送到植入人體內(nèi)的裝置，對神經(jīng)信號產(chǎn)生干擾，形成治療的功效，是葛蘭素史克目前面臨的最大障礙，也是它希望Verily能夠幫到忙的地方?！罢f到底，這就變成了一個數(shù)據(jù)和信號處理的問題。”Verily的首席技術(shù)官Brian Otis 說。

在與Verily聯(lián)手之前，葛蘭素史克已經(jīng)和全球50個研究機(jī)構(gòu)在生物電子領(lǐng)域達(dá)成合作，其中就包括位于美國加州的SetPoint醫(yī)療，后者主要的研究方向是利用生物電子技術(shù)治療炎癥類疾病。今年6月，SetPoint在發(fā)表的一篇論文中表示，在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎病人的頸部植入一個微型芯片，通過刺激迷走神經(jīng)能顯著抑制炎癥蛋白腫瘤壞死因子的產(chǎn)生長達(dá)84天，抑制腫瘤壞死因子是多數(shù)抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎藥物的藥理機(jī)制。相對于目前治療周期較長的傳統(tǒng)療法，這一芯片治療僅需要1至1.5年，且芯片可以通過iPad控制。

Slaoui表示，盡管SetPoint的數(shù)據(jù)是極為有價值的，但Galvani在生物電子藥物的開發(fā)上將采取更精確的手段。調(diào)整電信號的治療已經(jīng)在臨床上有諸多應(yīng)用，如心臟起搏器和除顫器，以及針對帕金森患者的深部腦刺激等，但它們最大的問題是尚不能針對特定的細(xì)胞，因此在帶來治療效果的同時可能也會波及其他神經(jīng)元。在SetPoint的案例中，由于迷走神經(jīng)對人體很多器官都有作用，因而對它的干擾也會有一定的風(fēng)險。Galvani的辦法則是對癥下藥，也就是對那些控制病變器官的神經(jīng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和處理。

Galvani將首先在糖尿病患者身上試驗(yàn)，參與試驗(yàn)的另外兩種病例尚未公布，據(jù)說會是免疫和內(nèi)分泌類的疾病。Slaoui計(jì)劃試驗(yàn)在12到18個月內(nèi)開始，3年內(nèi)全部完成。

但Slaoui表示他并不認(rèn)為生物電子藥物會完全取代傳統(tǒng)藥物，它只會放大一些治療的效果，這對那些無法堅(jiān)持服藥的病人來說是有極大意義的?！耙话惆肽暌院螅?0%的2型糖尿病人就停止服藥了，生物電子藥物的好處在于你不需要總是提醒自己該吃藥了?！?

卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的研究或許對Galvani會很有價值，畢竟電子設(shè)備都需要充電。但無論這些電子設(shè)備偽裝得有多像藥片，人們還是有些難以接受毫無顧忌地服用它們。蒙特利爾工程學(xué)院的研究人員開發(fā)的一種生物微型機(jī)器人則提供了另一種思路。

傳統(tǒng)的癌癥治療，藥物在殺死癌細(xì)胞的同時不可避免會波及到其他健康的細(xì)胞，而這些微型機(jī)器人不僅能在人體血管內(nèi)自由游動，定位活躍的癌細(xì)胞和腫瘤，并對它們精準(zhǔn)釋放藥物，而且不會傷害人體組織和器官，也就是說同樣的治療效果下，微型機(jī)器人會使用更少的毒性藥物。

雖然這一技術(shù)目前只在老鼠的身上試驗(yàn)過，但這些微型機(jī)器人已經(jīng)成功定位直腸腫瘤。

在試驗(yàn)中用到的這些納米機(jī)器人軍團(tuán)包括超過1億個鞭毛細(xì)菌，這些細(xì)菌在一個由電腦控制的磁場中朝著同一個方向運(yùn)動。它們帶有一個感應(yīng)器，能夠衡量氧氣的集中度，探測耗氧的腫瘤區(qū)域—這一區(qū)域通常稱為缺氧區(qū)，從而使它們到達(dá)并留在腫瘤活躍的區(qū)域。它們身上攜帶的藥物則會以最直接的路徑流向人體受損組織，藥物本身的推進(jìn)力就足夠深入到腫瘤深處。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌完全能像人工納米機(jī)器人那樣完成同樣的任務(wù)，不用擔(dān)心它們會失控。

“缺氧區(qū)是由腫瘤細(xì)胞對氧氣的大量消耗造成的，被視作是最難治療的部分，甚至連放射治療也收效甚微。如果這些納米機(jī)器人能做到的話，意味著未來它們將能拯救更多人的生命?！奔幽么竺商乩麪柟こ虒W(xué)院納米機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的主管Sylvain Martel教授對《第一財經(jīng)周刊》說，“納米運(yùn)輸工具的創(chuàng)新不僅有助于開發(fā)更先進(jìn)的工程概念以及干預(yù)手法，還為用于治療、成像和診斷疾病的合成載體的開發(fā)了更多可能?！?/p>

虛擬技術(shù)同樣為癌癥治療找到新的出路。來自澳大利亞新威爾士大學(xué)的一個研究團(tuán)隊(duì)使用高清電子顯微鏡數(shù)據(jù)以3D CGI的形式成功重建了一個乳腺癌細(xì)胞模型。這也是癌癥細(xì)胞第一次在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中被重建。這意味著科學(xué)家可以帶著VR頭盔在這個癌細(xì)胞內(nèi)“實(shí)地探險”，并且可以看到納米顆粒藥物是如何被吸收的。

“這就好像把人縮小到納米那么大，高度大約為40個10億分之一米。你可以在細(xì)胞表面行走并記錄數(shù)據(jù)，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人John McGhee對《第一財經(jīng)周刊》說，這個項(xiàng)目的目的就是為了加速抗癌治療方案的研究，“抗癌藥物是否有效主要就是看其能否穿透癌細(xì)胞，這種視覺手段能讓科學(xué)家們清楚看到，哪些藥物可以穿透那些最難穿透的細(xì)胞，哪些藥物則在到達(dá)細(xì)胞之前就被我們的身體本能損耗了，這在2D環(huán)境下是完全無法觀測到的?！?/p>

如果蒙特利爾工程學(xué)院和McGhee能夠合作，那么進(jìn)入后者所設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中來看看納米機(jī)器人軍團(tuán)如何對抗癌細(xì)胞，或許會給科學(xué)家們一些新的靈 感。