近日，我校生命科学和医学学部、机器人技术与系统全国重点实验室吴志光教授联合研究团队开发出一种自适应磁控纳米机器人平台，可在外部磁场驱动下形成涡旋状、链状和带状等多种群体运动模式，并在小鼠和非人灵长类动物体内实现脊髓腔内定向导航，为中枢神经系统疾病的精准递药与微纳机器人医学转化提供了新的技术思路。研究成果以《小鼠和非人灵长类动物的自适应鞘内纳米机器人用于导航中枢神经系统治疗》（Adaptive intrathecal nanorobotics in mice and nonhuman primates for navigated CNS therapy）为题发表于《科学进展》（Science Advances）。
面向中枢神经系统疾病治疗的微纳机器人非人灵长类动物活体内群体导航研究
中枢神经系统疾病治疗长期面临“送不到、留不住、控不准”的难题。由于血脑屏障、血脊髓屏障以及脊髓腔复杂解剖结构的限制，传统给药方式往往难以将治疗药物精准递送至病灶区域。面对中枢神经系统疾病治疗中的精准递送难题，研究团队提出了一种仿生可重构纳米机器人复合体系。该体系由磁性纳米颗粒、模型药物、中性粒细胞膜来源囊泡以及干细胞来源外泌体等组分构成，兼具磁响应、仿生界面和药物递送功能。通过调控外部旋转磁场的频率和极化方式，纳米机器人可在脑脊液环境中自组织形成不同形态的群体结构，从而适应脊髓腔内狭窄、非均一且充满神经束的复杂空间。
微纳机器人非人灵长类动物体内控制系统（上），集群控制（中）与鞘内控制（下）
研究显示，在多种群体模式中，涡旋状纳米机器人群在鞘内导航中表现出更优的综合性能。该模式能够在脑脊液环境中形成高密度聚集，同时保持较好的运动稳定性和方向可控性，有助于克服药物被动扩散速度慢、空间靶向性不足等问题。相比链状和带状群体结构，涡旋群体更适合在厘米尺度脊髓腔和亚毫米级神经束间隙中进行长距离迁移。
为验证该平台的体内导航能力，研究团队先后在脊髓损伤小鼠模型中开展实验。结果表明，在机械臂辅助磁场驱动下，纳米机器人可沿脊髓腔向损伤区域定向迁移，并显著提高治疗组分在中枢神经系统病灶处的富集水平。与静态鞘内注射或静脉注射相比，磁控涡旋导航能够明显提升靶向效率，并延长治疗组分在体内的滞留时间。更进一步，研究团队在非人灵长类动物中搭建了结合医学成像与机械臂辅助磁场等系统的鞘内导航平台。实验显示，纳米机器人在磁场驱动下可从腰椎注射区域定向迁移。这一结果表明，该平台不仅适用于小动物模型，也具有跨越从鼠类模型到人类尺度解剖差异的潜力，为未来临床转化提供了重要依据。
哈工大为论文第一单位。吴志光教授与中国人民解放军总医院张立海教授为论文共同通讯作者。生命科学和医学学部硕士研究生卢雨萌、苏州大学范新建教授、哈尔滨医科大学附属第二医院主任医师范成娟为论文共同第一作者，英国综合癌症中心与帝国理工大学、哈工大重庆研究院等单位学者参与本项研究工作。
该项目获国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、机器人技术与系统全国重点实验室自主课题项目等资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec2918
新闻链接：https://news.hit.edu.cn/2026/0811/c1510a243187/page.htm
