可以吃的机器人

姚芳沁

英国癌症研究中心的数据显示，全球每三个人之中就有一个在有生之年会被确诊为某种形式的癌症，这真是个叫人吃惊而又郁闷的结果。

不过，医生和机器人科学家正在想办法大幅度减少人们患癌的比例，而解决这一问题的关键，或许就掌握在那些可以让你吞食的电池和机器人身上。

美国卡内基-梅隆大学的研究人员利用黑色素开发了一种无毒的可食用电池，这种黑色素就是在人体皮肤、头发和眼睛内常出现的那种，所以完全是纯天然的。

“几十年以来，人们一直想发明出能够食用的电子设备，来帮助我们确诊或是治疗疾病。”卡内基-梅隆大学负责该项目的研究者Christopher Bettinger对《第一财经周刊》说，“但如果像我们现在吃药一样每天都服用这些电子设备，你不得不考虑毒性的问题，所以我们开始考虑是否可以用一些生物材料来取代你在市场上看到的传统材料。”

研究人员通过对黑色素功能的探索发现，当紫外线照射到黑色素的化学链时，后者会以极快的速度震动，将99%有害的紫外线转换成无害的热量，从而保护生物体。此外，它还能绑缚和解绑金属离子，而这正是电池的基本工作原理。在实验中，使用600毫克黑色素的这种电池可以为5毫瓦的装置连续供电18个小时。

尽管黑色素电池的功率要远远低于我们日常使用的锂电池，但对于支持药物输送装置或是诊断传感器来说，已经足够强大。这些电池可以为可服用的微型机器人充电，微型机器人在人体的血管内自由流动，对遭到癌变破坏的细胞和肿瘤精准定位并发起攻击。

把机器伸进人体的食道中拍摄，观察消化系统运行的装置早在二十年前就已经发明出来了，比如现在常用的胃镜，不过，它在一开始就被设计成只能穿过人体，而不能被人体消化，并且为了防止有毒物质的泄露，使用次数必须越少越好。除此之外，现在常用的装在人体内的电子设备还有心脏起搏器，里面同样包含着毒性装置，它们被非常严格地封锁起来以杜绝与人体产生接触。

可食用、可降解、无毒的电池可以让输送药物的装置以药片的形式生产出来，给病人带来最小的风险和痛苦。Bettinger表示，这种可食用的设备在人体内不超过20个小时就会自行降解。这一装置还能根据人体的变化，对其做出反应：释放药物，或是在几个小时之内持续注射疫苗。

Bettinger的团队目前正在研究其他可用作电池的生物材料，比如说在一些植物中常见的果胶。

事实上，利用植入人体内的电子设备来治疗疾病也已经进入了大公司商业化的视野。英国制药巨头葛兰素史克和Google母公司Alphabet旗下的生命科学子公司Verily在今年7月就宣布成立了一家名为Galvani的生物电子公司。

Galvani生物电子将基于葛兰素史克过去3年的研究成果继续开发微型神经调整装置，如果成功的话，在一些疾病的治疗上，这种装置将取代一些传统药物。两家公司在接下来的7年中共同投入超过7亿美元，聘用30名科学家分别在葛兰素史克位于英国的研发中心，以及Verily位于旧金山的总部来支持这项研究。

生物电子药物有点像某种通讯工具。这个生命科学研究领域的新分支是把装置直接安放在人体内来改变特定神经的活动，改变后的神经能向病变的器官发送信号，阻止一些疾病症状的恶化。

早在2013年，葛兰素史克就开始了生物电子装置的研究。“当我们刚开始有这个概念的时候，我们意识到设计纳米芯片、无线通信、大数据分析以及其他电子元件并不是我们的强项。”新公司的董事长、原葛兰素史克全球疫苗业务董事长Moncef Slaoui说。葛兰素史克随后向几乎所有的技术大公司寻求合作，但大多数都对这项研究表示畏惧，主要是担心开发植入人体内的微型装置会带来法规上的挑战，只有Verily立刻表达出兴趣，以及对这项技术未来前景的看好。两家公司合作后，当务之急是整合生物和技术，投入大量的研发资金，来使这个概念成为现实。

过去几年内，葛兰素史克已经绘制出了人体的“神经地图”，这张地图会显示人类所有的神经如何影响器官运作以及疾病的形成。如何将这些数据传送到植入人体内的装置，对神经信号产生干扰，形成治疗的功效，是葛兰素史克目前面临的最大障碍，也是它希望Verily能够帮到忙的地方。“说到底，这就变成了一个数据和信号处理的问题。”Verily的首席技术官Brian Otis 说。

在与Verily联手之前，葛兰素史克已经和全球50个研究机构在生物电子领域达成合作，其中就包括位于美国加州的SetPoint医疗，后者主要的研究方向是利用生物电子技术治疗炎症类疾病。今年6月，SetPoint在发表的一篇论文中表示，在类风湿关节炎病人的颈部植入一个微型芯片，通过刺激迷走神经能显著抑制炎症蛋白肿瘤坏死因子的产生长达84天，抑制肿瘤坏死因子是多数抗类风湿关节炎药物的药理机制。相对于目前治疗周期较长的传统疗法，这一芯片治疗仅需要1至1.5年，且芯片可以通过iPad控制。

Slaoui表示，尽管SetPoint的数据是极为有价值的，但Galvani在生物电子药物的开发上将采取更精确的手段。调整电信号的治疗已经在临床上有诸多应用，如心脏起搏器和除颤器，以及针对帕金森患者的深部脑刺激等，但它们最大的问题是尚不能针对特定的细胞，因此在带来治疗效果的同时可能也会波及其他神经元。在SetPoint的案例中，由于迷走神经对人体很多器官都有作用，因而对它的干扰也会有一定的风险。Galvani的办法则是对症下药，也就是对那些控制病变器官的神经实现精准定位和处理。

Galvani将首先在糖尿病患者身上试验，参与试验的另外两种病例尚未公布，据说会是免疫和内分泌类的疾病。Slaoui计划试验在12到18个月内开始，3年内全部完成。

但Slaoui表示他并不认为生物电子药物会完全取代传统药物，它只会放大一些治疗的效果，这对那些无法坚持服药的病人来说是有极大意义的。“一般半年以后，有50%的2型糖尿病人就停止服药了，生物电子药物的好处在于你不需要总是提醒自己该吃药了。”

卡内基-梅隆大学的研究或许对Galvani会很有价值，毕竟电子设备都需要充电。但无论这些电子设备伪装得有多像药片，人们还是有些难以接受毫无顾忌地服用它们。蒙特利尔工程学院的研究人员开发的一种生物微型机器人则提供了另一种思路。

传统的癌症治疗，药物在杀死癌细胞的同时不可避免会波及到其他健康的细胞，而这些微型机器人不仅能在人体血管内自由游动，定位活跃的癌细胞和肿瘤，并对它们精准释放药物，而且不会伤害人体组织和器官，也就是说同样的治疗效果下，微型机器人会使用更少的毒性药物。

虽然这一技术目前只在老鼠的身上试验过，但这些微型机器人已经成功定位直肠肿瘤。

在试验中用到的这些纳米机器人军团包括超过1亿个鞭毛细菌，这些细菌在一个由电脑控制的磁场中朝着同一个方向运动。它们带有一个感应器，能够衡量氧气的集中度，探测耗氧的肿瘤区域—这一区域通常称为缺氧区，从而使它们到达并留在肿瘤活跃的区域。它们身上携带的药物则会以最直接的路径流向人体受损组织，药物本身的推进力就足够深入到肿瘤深处。研究人员发现，这些细菌完全能像人工纳米机器人那样完成同样的任务，不用担心它们会失控。

“缺氧区是由肿瘤细胞对氧气的大量消耗造成的，被视作是最难治疗的部分，甚至连放射治疗也收效甚微。如果这些纳米机器人能做到的话，意味着未来它们将能拯救更多人的生命。”加拿大蒙特利尔工程学院纳米机器人实验室的主管Sylvain Martel教授对《第一财经周刊》说，“纳米运输工具的创新不仅有助于开发更先进的工程概念以及干预手法，还为用于治疗、成像和诊断疾病的合成载体的开发了更多可能。”

虚拟技术同样为癌症治疗找到新的出路。来自澳大利亚新威尔士大学的一个研究团队使用高清电子显微镜数据以3D CGI的形式成功重建了一个乳腺癌细胞模型。这也是癌症细胞第一次在虚拟现实的环境中被重建。这意味着科学家可以带着VR头盔在这个癌细胞内“实地探险”，并且可以看到纳米颗粒药物是如何被吸收的。

“这就好像把人缩小到纳米那么大，高度大约为40个10亿分之一米。你可以在细胞表面行走并记录数据，”项目负责人John McGhee对《第一财经周刊》说，这个项目的目的就是为了加速抗癌治疗方案的研究，“抗癌药物是否有效主要就是看其能否穿透癌细胞，这种视觉手段能让科学家们清楚看到，哪些药物可以穿透那些最难穿透的细胞，哪些药物则在到达细胞之前就被我们的身体本能损耗了，这在2D环境下是完全无法观测到的。”

如果蒙特利尔工程学院和McGhee能够合作，那么进入后者所设计的虚拟现实环境中来看看纳米机器人军团如何对抗癌细胞，或许会给科学家们一些新的灵 感。