中風為全球的第二大死因,也是導致成人永久傷殘和認知障礙的主因。治療缺血性中風必須分秒必爭,惟現時的治療方法仍有局限性,香港中文大學跨學科研究團隊開發了磁控溶血酶激活劑納米機械人(tPA-nbots),其溶栓速度快5至20倍,亦有望減低缺血引起的腦損傷,及治療的副作用。研究結果已於國際著名學術期刊《Science Advances》和《Science Robotics》上發表。
現有治療限制多
缺血性中風是腦部血管阻塞,令腦細胞不能得到充分的血液供應,受影響的腦細胞會因此壞死及失去功能。現時治療缺血性中風的主要藥物為溶血酶激活劑(tPA),但當高劑量的tPA散布至身體其他部位,不但會降低溶栓成效,還會造成顱內以至全身出血的風險。
中大醫學院內科及藥物治療學系利國偉腦神經學教授及腦神經科主任梁慧康指,治療中風要把握黃金時間,在沒有任何治療的情況下,患者每分鐘就有約190萬個腦細胞死亡。而現有技術雖可透過導管進入腦動脈的主幹清除血栓,仍難以進入遠離腦動脈主幹和更幼細的末梢血管。
導管置入納米機械人
磁控tPA-nbots由中大工程學院機械與自動化工程學系、中大醫學院影像及介入放射學系和內科及藥物治療學系的跨學科研究團隊共同開發,透過將載有tPA-nbot群的導管置入到接近血栓的位置,然後遙控這些納米機械人到達只有亞毫米大小的血管中,瞄準血塊啟動溶栓過程,在血塊溶解後,tPA-nbot群將被導航回到導管,一併離開體內。
中大機械與自動化工程學系教授張立表示,tPA-nbots組可顯著改善溶栓成效,比起純tPA對照組,納米機械人上的tPA劑量為原有劑量的2.4%,溶栓率卻提高了20倍。張立續指「tPA-nbots的尺寸只有約300納米,可在狹窄的末梢血管中導航至血栓位置,定位輸送tPA。可防止高劑量的tPA在體內流動,降低出血風險。即使減少劑量,tPA-nbots的溶栓速度亦較傳統治療快5至20倍,節省疏通血管時間,有望減少中風患者的腦損傷。」
LSCI實時追蹤
tPA-nbots在治療上可達到更快、更安全及更好的溶栓性能,也有望治療邊遠末端血管或其他小血管內的血栓,彌補單純倚靠介入式或tPA治療的不足。不過仍有一定挑戰,例如要操控納米機械人在高血流速度的腦血管內自如地行走、進入邊遠末稍血管時需要實時影像監控,及如何從血管逆血流方向召回機械人等。
為此團隊利用激光散斑對比影像掃描(LSCI)進行實時追蹤及輸送納米機械人,透過監測和分析缺血性中風影響區域的血流狀況、溶栓過程和血栓狀態的變化,以確保藥物傳輸的效率和生物醫學安全。影像亦有助調較納米機械人使用的劑量、磁場應用的距離、強度和角度,為日後臨床應用的發展奠下基礎。中大醫學院內科及藥物治療學系腦神經科助理教授葉耀明醫生指,將進行更多實驗,以確立如何在人體應用此技術。