微型机械人令瘫痪小鼠28天恢复行走，，脊髓损伤有望迎来新疗法
脊髓损伤是指由于外伤、疾病等因素导致脊髓结构或功效损害，，引起损伤水平以下运动、感受及自主神经功效障碍的神经系统疾病。。
由于神经元自身再生能力有限，，脊髓损伤的治疗十分难题。。只管神经祖细胞（NPCs）疗法远景辽阔，，但移植细胞存活率缺乏、分化不受控制以及功效整合较弱等问题仍然限制着治疗效果。。
克日，，苏黎世联邦理工学院的研究团队在 Nature Materials 上揭晓最新效果，，他们开发了一种名为 NPCbots 的生物混淆微型机械人。。
在斑马鱼脊髓损伤模子中，，NPCbots 可诱导斑马鱼体内神经元和星形胶质细胞的快速分化，，增强损伤部位的移植整合，，3 天后，，斑马鱼就体现出了近乎正常的游泳和探索行为；；；在脊髓完全断裂的小鼠模子中，，28 天后，，小鼠损伤部位的神经细胞重新毗连，，在此时代，，接受治疗的小鼠体现出越来越正常的运动模式，，它们的步态、步幅、协调性和探索行为均获得显著改善。。
（泉源：上述论文）
NPCbots 是一种连系了活体细胞和纳米质料的生物混淆微型机械人。。
活体细胞主要是人诱导多醒目细胞（iPSC）衍生的神经祖细胞，，这是一类具有向特定神经细胞，，如神经元或神经胶质细胞分化潜能的未成熟前体细胞；；；细胞外面包裹了一层经特殊设计的纳米颗粒，，由两层组成：钴铁氧体（CFO）作为内核，，钛酸钡（BTO）作为外壳。。CFO 具有磁致伸缩特征，，遇到磁场会变形，，而 BTO 具有压电特征，，受到压力会爆发电。。
当这层纳米颗粒细密附着在细胞膜外貌后，，在外部交变磁场的作用下，，CFO 焦点爆发物理应变，，这种机械力迅速转达给 BTO 外壳，，BTO 随即爆发电输出。。这种由磁场转化而来的微弱电信号，，能够直接作用于细胞膜上的钙离子通道，，引发钙离子内流，，进而启动一系列增进神经分化的细胞内信号传导通路。。
为了实现量产，，研究团队设计了一种基于“芯片实验室（Lab-on-a-chip）”的双向一连流动微流控装置。。仅需 30分钟，，这些尺寸约为 6 微米的 NPCbots 即可投入使用。。据悉，，为了扩大生产规模，，研究职员并行运行多个芯片实验室系统。。
该装置配备了一个大型捕获腔，，专门用于捕获和作育细胞以合乐成能性微型机械人。。其一侧设有三个入口，，用于引入作育基、细胞和纳米颗粒；；；另一侧是可正吠迫椿的出口，，以及内部的一个三角形微型捕获凹槽。。
图 | 在芯片实验室上制造微型机械人（泉源：上述论文）
在制造历程中，，含有干细胞的作育基首先以低流速流入，，细胞被精准捕获；；；随后注入 CFO-BTO 纳米颗粒溶液举行原位孵育，，30 分钟即可完成纳米颗粒与细胞的自主连系，，最后反向通入作育液，，将组装完毕的 NPCbots 冲出并举行网络。。
这种巧妙的流体动力学设计不但大幅简化了制造流程，，还极大地；；；ち讼赴幕钚。。实验数据显示，，在最佳浓度的纳米颗粒包裹下，，即单个细胞上牢靠 1 纳克纳米颗粒，，NPCbots 的细胞存活率高达 85% 以上。。
在体外实验中，，研究团队天天两次、每次 2 小时对 NPCbots 施加交变磁场刺激。。效果显示，，经由短暂的磁场刺激，，NPCbots 迅速向神经细胞谱系分化，，其代表神经元的标记物（βIII-tubulin 和 MAP2）荧光强度划分飙升了 35.3 倍和 28.0 倍。。同时，，代表星形胶质细胞和神经突起生长的标记物也泛起显著上调，，证实晰该系统具备诱导全方位神经修复的潜力。。
图 | 交变磁场诱导干细胞微型机械人分化（泉源：上述论文）
为了评估 NPCbot 的治疗效果，，研究职员首先构建了斑马鱼脊髓损伤模子。。用于评估注射 NPCbots 后，，斑马鱼在 5 天实验期内接受交变磁场刺激的神经修复潜力。。
研究职员切断了受精后 2 天斑马鱼的脊髓，，并在病灶处注射了 NPCbots。。在随后的 3 天内给予交变磁场刺激。。效果批注，，NPCbots 显著增进了受损部位神经突起的重新毗连和星形胶质细胞的群集，，损伤间距大幅缩小。。
在行为学测试中，，相比于瘫痪在底部的比照组，，接受 NPCbots 治疗的斑马鱼在 3 天后就体现出了近乎正常的游泳速率和探索行为（如沿壁游动），，实现了从形态结构到运动功效的周全恢复。。
图 | NPCbots 在治疗斑马鱼脊髓损伤中的效果（泉源：上述论文）
为了验证其在非再生哺乳动物中的有用性，，团队在小鼠胸椎 T10 水平切除了 2 毫米的脊髓组织，，这是一种极其严重的完全截瘫模子。。损伤爆发 7 天后，，研究职员将包裹在纤维卵白凝胶中的 NPCbots 注射到断端，，在损伤部位施加磁场指导，，以实现 NPCbots 的定植。。随后，，从第 7 天到第 21 天，，天天举行 30 分钟的交替磁刺激。。
周围后，，NPCbots 乐成定植于损伤部位，，大宗分化为神经元和星形胶质细胞，，并与宿主组织建设了物理和功效毗连。。在运动功效评价系统中，，接纳国际通用 BMS 后肢运动评分（康健小鼠基准 8.8 分），，未治疗组小鼠得分仅为 0.7 分（险些完全瘫痪），，而 NPCbots 治疗组小鼠的平均得分抵达了 3.9 分。。
足迹剖析、足趾张开试验直观体现康复效果，，受试小鼠后肢步幅显著变长，，蜷缩的脚趾可正常舒展，，在坦荡箱探索实验中，，治疗小鼠大规模自由跑动，，瘫痪比照组恒久蜷缩于箱体角落。。
从神经电心理与病理切片来看，，运动诱发电位检测证实治疗组大脑至后肢肌肉的神经传导通路重新意会，，肌电信号幅值大幅回升；；；脊髓切片可见，，空缺组创口遗留重大空腔、无新生神经纤维，，NPCbots 组大宗神经元与星形胶质细胞填满缺损区域，，移植细胞和宿主自身神经组织形乐成能性神经网络。。
图 | NPCbots 治疗小鼠脊髓损伤的疗效（泉源：上述论文）
在清静性方面，，长达 28 天的小鼠体内实验证实晰该方案具有优异的生物相容性。。治疗组小鼠体重稳固，，肝肾功效指标一切正常，，血清细胞因子剖析未见显着免疫倾轧反映，，主要脏器组织切片也未发明任何毒性损伤。。
除此之外，，NPCbots 还具备极强的自主运动能力。。在体外流体情形和体内重大的血管系统中，，研究职员使用五自由度无线磁使用系统，，乐成驱动这些细胞机械人执行重大的运动轨迹。。
在斑马鱼强烈的血流攻击下，，NPCbots 甚至能够顶住血流阻力，，实现逆流而上的受控移动。。这种精准的靶向导航能力，，为未来通过静脉注射将治疗细胞无创定点运送至中枢灶提供了重大的想象空间。。
一旦祖细胞受到刺激并分化为神经细胞，，NPCbots 基本上就会在组织内消逝融合。。研究职员预计，，得益于钛酸钡涂层，，这些纳米颗粒将坚持稳固且反映活性极低。。未来的研究将进一步确定这些颗粒在恒久内是否会被降解或倾轧体外，，以及详细的代谢途径。。
研究职员体现，，只管效果令人鼓舞，，但在对 NPCbots 举行人体试验之前，，还需要开展进一步的研究。。潜在的应用领域包括生物医学领域，，例如心脏病学、肿瘤学和伤口愈合等。。
1.Ye, H., Zang, J., Zhu, J. et al. Magnetoelectric microrobots for spinal cord injury regeneration. Nat. Mater. (2026). https://doi.org/10.1038/s41563-026-02625-3
运营/排版：何晨龙
注：封面/首图由 AI 辅助天生
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