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核心提示：納米機(jī)器人為人類疾病診斷和治療開(kāi)辟了全新的可能性。但走向臨床前，還面臨著安全性、驅(qū)動(dòng)、體內(nèi)導(dǎo)航等諸多方面的挑戰(zhàn)。
7月末，法國(guó)國(guó)家健康與醫(yī)學(xué)研究院、國(guó)家科學(xué)研究中心和蒙彼利埃大學(xué)的科學(xué)家們?cè)凇蹲匀?middot;通訊》雜志上發(fā)表了他們用DNA建造的納米機(jī)器人的文章�？茖W(xué)家們用納米機(jī)器人了解細(xì)胞機(jī)械敏感性的分子機(jī)制，以研究許多生物和病理過(guò)程。
早在1966年上映的科幻電影《神奇旅程》中，人們就有了關(guān)于治療疾病的全新想象：從修補(bǔ)、治療人體的單個(gè)細(xì)胞著手對(duì)付疾病。電影中，外科醫(yī)生被縮小為幾百萬(wàn)分之一，乘坐微縮潛水艇進(jìn)入人體內(nèi)進(jìn)行血管手術(shù)。
這并非天方夜譚。在微觀世界里，科學(xué)家們寄希望于納米機(jī)器人可以到達(dá)人類不能到達(dá)的地方，比如血液。如果投入臨床使用，它們將在十億分之一米的尺度上，在人體內(nèi)巡航、投放藥物、開(kāi)展細(xì)胞微“手術(shù)”……為人類疾病診斷和治療開(kāi)辟全新的可能性。
2021年，距離《科學(xué)》雜志上一次發(fā)布125個(gè)推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的科學(xué)難題16年后，該雜志再次發(fā)布了全球最前沿的125個(gè)科學(xué)問(wèn)題。其中，在人工智能領(lǐng)域，首當(dāng)其沖的問(wèn)題是：可注射的抗病納米機(jī)器人會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎？
血管里的全能“醫(yī)生”
在生物技術(shù)領(lǐng)域的舞臺(tái)上，近兩年，因?yàn)槿蛐鹿诖罅餍�，�?ldquo;風(fēng)光無(wú)兩”的當(dāng)屬mRNA技術(shù)：輝瑞/ BioNTech與莫德納兩款mRNA疫苗的成功，將這一新技術(shù)一下子推到聚光燈下，上千億美元的收入，使其成為制藥史上最賺錢的“黑馬”。
人類發(fā)現(xiàn)mRNA（信使核糖核酸）已經(jīng)超過(guò)60年，不過(guò)，受mRNA在體內(nèi)快速降解等關(guān)鍵問(wèn)題的阻礙，該技術(shù)進(jìn)展緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)，脂質(zhì)納米粒子（LNP）作為載體的遞送技術(shù)，一定程度上解決了mRNA在體內(nèi)易降解和遞送效率低等問(wèn)題，使mRNA技術(shù)快速發(fā)展并進(jìn)入臨床應(yīng)用。
美國(guó)喬治亞大學(xué)物理系杰出研究教授趙奕平告訴《中國(guó)新聞周刊》，從1990年代納米技術(shù)興起以來(lái)，驅(qū)動(dòng)它發(fā)展的一個(gè)很重要的動(dòng)力是芯片的研發(fā)。不過(guò)，后來(lái)這個(gè)領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)力逐漸轉(zhuǎn)向了醫(yī)學(xué)應(yīng)用。2020年，中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)寫道：納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合的納米生物學(xué)將是21世紀(jì)生命科學(xué)的重要組成部分，而納米機(jī)器人也將會(huì)是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的成就。
不過(guò)，與我們通常所設(shè)想的“機(jī)器人”不一樣，納米機(jī)器人不是一些帶著電池、芯片等各種電子器件并且擁有一副金屬盔甲的樣子。今天，即便最精密的機(jī)械加工技術(shù)，也還不能制造出在體內(nèi)游動(dòng)的傳統(tǒng)機(jī)器人。納米機(jī)器人是通過(guò)物理、化學(xué)的方法合成、制備出具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的分子和微納米材料。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授、哈佛大學(xué)附屬布萊根婦女醫(yī)院杰出講席教授陶偉是生物醫(yī)學(xué)工程方向的科學(xué)家，他的研究?jī)?nèi)容主要聚焦在藥物的智能遞送系統(tǒng)上，“納米機(jī)器人”正是很好的運(yùn)輸工具。他接受《中國(guó)新聞周刊》采訪時(shí)表示，臨床上其實(shí)有很多有效的藥物，卻不能很好地治療疾病，其中一個(gè)原因是藥物不能準(zhǔn)確地到達(dá)病灶部位并針對(duì)性地釋放藥物，造成毒副作用大、治療效果差等問(wèn)題。
實(shí)際上，過(guò)去30多年，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)，用納米粒子作為載體實(shí)現(xiàn)藥物精準(zhǔn)遞送的研究并沒(méi)有取得預(yù)期的效果。用納米顆粒包裹藥物，注射到血液里面之后，它只能隨著血液的流動(dòng)而被動(dòng)循環(huán)，遞送效率與直接注射藥物相比沒(méi)有任何明顯的區(qū)別，領(lǐng)域面臨比較沮喪的局面。
隨著納米機(jī)器人領(lǐng)域興起，藥物精準(zhǔn)遞送有了新進(jìn)展。納米機(jī)器人可以在人體內(nèi)自主流動(dòng)，突破一系列體內(nèi)的生物屏障，找到病變部位，完成藥物投放，是精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代的重要組成部分。
以溶栓藥物為例，趙奕平介紹， 血液當(dāng)中存在著一種組織型蛋白酶，能防止血液凝結(jié)。而老年人因?yàn)樯眢w機(jī)能變化，血液容易在某個(gè)部位凝結(jié)產(chǎn)生血栓，尤其是腦部。作為治療，醫(yī)生會(huì)迅速向病人體內(nèi)輸入一種TPA（組織型蛋白酶原活化因子）的溶栓藥物，但是，它會(huì)在全身流動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)地方的血管壁破裂，而真正需要通栓的部位，治療效率卻只有20％。2018年，他的研究組以及合作者發(fā)表的文章中報(bào)告了一種辦法，用磁力來(lái)引導(dǎo)納米機(jī)器人，讓這些納米顆粒在血栓部位集結(jié)，再投放藥物，能將所需藥物劑量降低100倍，而溶栓速率提高4倍。
對(duì)于更加棘手的遞送部位，納米機(jī)器人也在早期突破中顯現(xiàn)出了積極的潛力。大腦是納米機(jī)器人最難到達(dá)的地方，因?yàn)樗鼈冃枰┻^(guò)血腦屏障——這是一種選擇性非常高的生物防御系統(tǒng)，只允許一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和特定分子通過(guò)，將病原體拒之門外。腦膠質(zhì)瘤被稱為“大腦殺手”，是神經(jīng)外科治療中最棘手的腫瘤之一。由于這種腫瘤發(fā)生的位置很特殊，難以進(jìn)行徹底的手術(shù)切除，殘留的腫瘤細(xì)胞成為日后復(fù)發(fā)的根源。
想要治療這一疾病，藥物就要穿過(guò)血腦屏障。2020年，歷經(jīng)8年努力后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種遞送策略。他們將抗癌藥物裝入磁性納米凝膠中，凝膠外用細(xì)菌膜“偽裝”，隱藏在一種稱為“中性粒細(xì)胞”的免疫細(xì)胞中。通過(guò)外部磁場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)的作用，納米機(jī)器人穿過(guò)血腦屏障，實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤部位的主動(dòng)靶向藥物遞送。普通納米載體遞送效率大概是0.7％，這一新方法將抗腫瘤藥物的遞送效率提高到了約14％，文章于去年發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》，是業(yè)內(nèi)比較重要的研究進(jìn)展。賀強(qiáng)說(shuō)，未來(lái)遞送效率還有望突破。
如今，在初步實(shí)驗(yàn)中，全球各地的納米機(jī)器人科學(xué)家已經(jīng)將這種微型機(jī)器用于治療各種疾病的研究中。陶偉指出，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了藥物遞送，納米機(jī)器人還可以用于疫苗制備、微觀組織成像、疾病檢測(cè)等。因?yàn)橛猛局畯V，賀強(qiáng)指出，納米機(jī)器人對(duì)人類未來(lái)疾病診斷和治療范式具有顛覆性的意義，“理論上，納米機(jī)器人未來(lái)可以治療所有疾病”。
大約10年前，當(dāng)趙奕平的父母因?yàn)槟X卒中疾病同時(shí)住院之后，他就開(kāi)始對(duì)如何將納米機(jī)器人用到中風(fēng)領(lǐng)域感興趣，并于2014年與合作者發(fā)表了業(yè)內(nèi)將納米機(jī)器人用于中風(fēng)治療的第一篇論文。一般而言，疾病治療通常采用物理和化學(xué)兩種方法，像手術(shù)、腎結(jié)石碎石就是前者，而藥物就是后者。他們?cè)O(shè)計(jì)的一種納米馬達(dá)，同時(shí)結(jié)合了物理和化學(xué)兩種方法，在機(jī)器人上面搭載了溶栓藥物，當(dāng)它們進(jìn)入到中風(fēng)部位時(shí)，除了釋放藥物外，還可以通過(guò)機(jī)器人與血栓的機(jī)械作用來(lái)疏通血管堵塞。這種治療思路，也被稱為“微納手術(shù)”。
很少被人注意的是，在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，科學(xué)家們還將微納米機(jī)器人用作一種模型，稱為“活性膠體”，用以研究腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移機(jī)制，以及鳥(niǎo)群、魚(yú)群等自然界復(fù)雜的群體行為。這一理論研究領(lǐng)域，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。
納米機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與控制
愛(ài)因斯坦曾預(yù)言：未來(lái)科學(xué)的發(fā)展無(wú)非是繼續(xù)向宏觀世界和微觀世界進(jìn)軍。納米機(jī)器人正將微型化踐行到底。
1959年，在一次有關(guān)納米技術(shù)的著名演講“在物質(zhì)底層有大量的空間”中，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼開(kāi)創(chuàng)性地提出了納米機(jī)器人的早期概念。他認(rèn)為人類未來(lái)有可能建造一種分子大小的微型機(jī)器，可以把分子甚至單個(gè)原子作為建筑構(gòu)件，在非常細(xì)小的空間里構(gòu)建物質(zhì)。
1納米是1米的10億分之一，大約50微米寬的頭發(fā)絲也要比一個(gè)1納米的物質(zhì)寬5萬(wàn)倍。納米機(jī)器人的尺寸通常只有幾十到幾百納米，超過(guò)這個(gè)范圍，就難以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)推進(jìn)它們的運(yùn)動(dòng)，而且也因?yàn)轶w積過(guò)大而成為血管當(dāng)中致命的血栓。
《神奇旅程》中，一隊(duì)縮小版的美國(guó)醫(yī)生登上微米尺度的潛水艇，進(jìn)入受傷外交官的血液中。雖然外交官每次心跳所引起的血液波動(dòng)都讓潛艇隨時(shí)處于傾覆的邊緣，人體的抗體也把潛艇當(dāng)作敵人瘋狂攻擊，英勇的主角們?nèi)匀荒軌虿倏v潛艇在血液中化險(xiǎn)為夷，并最后消滅血栓。
進(jìn)入身體不同部位的最佳方式是通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)的“高速公路”——血管。但對(duì)于非常非常微小的納米機(jī)器來(lái)說(shuō)，人體的血流足以將它們沖得“人仰馬翻”。物體越小，受到空氣、水分子無(wú)規(guī)撞擊的影響就越大，其運(yùn)動(dòng)顯得十分混亂。有學(xué)者形容，控制納米顆粒的運(yùn)動(dòng)，就像在暴風(fēng)雨中，控制四旋翼無(wú)人機(jī)將快遞送到遙遠(yuǎn)的村莊。
納米機(jī)器人是一個(gè)學(xué)科高度交叉的領(lǐng)域，涉及的學(xué)科至少包括生物學(xué)、材料、物理、化學(xué)、人工智能、微納電子等等。自21世紀(jì)初以來(lái)，人們合成出了許許多多不同種類的微納米材料及精巧分子�？蒲腥藛T能夠在模擬條件下，通過(guò)化學(xué)能、電能、磁能、光能等各種方式，讓這些微納米尺度的人造分子與顆粒能夠自主運(yùn)動(dòng)起來(lái)。
磁力一直是驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人游動(dòng)的最主流方式。今年7月21日，發(fā)表在《自然·機(jī)器智能》上的文章稱，受生物細(xì)胞內(nèi)蛋白馬達(dá)沿著細(xì)胞微管運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)，來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了磁性的人工微管，可在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境里快速可靠地傳輸磁性微納米機(jī)器人。
大腸桿菌、精子細(xì)胞、草履蟲(chóng)等通過(guò)揮動(dòng)鞭毛、纖毛，在惡劣的環(huán)境中游弋并找尋食物。一些科學(xué)家也從自然界尋找驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人的靈感，比如，德國(guó)開(kāi)姆尼茨理工大學(xué)的納米科學(xué)家?jiàn)W利弗·施密特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于精子細(xì)胞的混合動(dòng)力機(jī)器人。精子是運(yùn)動(dòng)得最快的細(xì)胞之一，在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，該團(tuán)隊(duì)利用精子組裝的納米機(jī)器人可以將藥物輸送到女性生殖道的腫瘤發(fā)生部位，論文于2018年發(fā)表在納米材料領(lǐng)域的期刊《ACS Nano》上。
納米機(jī)器人穩(wěn)定、自主運(yùn)動(dòng)后，如何將這些微型機(jī)器人準(zhǔn)確“導(dǎo)航”到特定病變部位，有兩種思路。第一種就像今天無(wú)人駕駛汽車的思路，通過(guò)算法控制+成像系統(tǒng)來(lái)完成，前者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和規(guī)劃納米機(jī)器人到達(dá)目的地的最佳路線，后者則是追蹤、定位這些微型機(jī)器人的蹤跡。
另外一種思路，則更接近科幻小說(shuō)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授賀強(qiáng)介紹，它不依靠外力，而是利用生物學(xué)的方法，讓這些微型機(jī)器人自己找到病變部位。比如，就像細(xì)菌能依靠特定的信號(hào)尋找食物一樣，隨著生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，可以通過(guò)病灶部位釋放的一些生物化學(xué)標(biāo)志，來(lái)“引導(dǎo)”納米機(jī)器人自主前往。
2004年底，一篇發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》上的論文首次報(bào)告了人工制備的化學(xué)驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá)，金鉑納米棒通過(guò)催化過(guò)氧化氫實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，被認(rèn)為是納米機(jī)器人領(lǐng)域的第一篇論文。
2016年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了3位科學(xué)家，獲獎(jiǎng)理由是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成”。當(dāng)時(shí)，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)指出，目前，分子機(jī)器處在概念應(yīng)用階段，不過(guò)，未來(lái)它有望用于更精準(zhǔn)的疾病檢測(cè)、藥物輸送，超高密度信息存儲(chǔ)、能量存儲(chǔ)，新材料、傳感器等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景不可限量。
2008年左右，當(dāng)賀強(qiáng)開(kāi)始介入這個(gè)方向時(shí)，國(guó)際上已發(fā)表的論文數(shù)量大約不到10篇，如今，賀強(qiáng)介紹，國(guó)內(nèi)專門研究納米機(jī)器人的課題組，已經(jīng)至少超過(guò)了50個(gè)。最早開(kāi)展納米機(jī)器人研究的華人科學(xué)家之一、 喬治亞大學(xué)物理系杰出研究教授趙奕平告訴《中國(guó)新聞周刊》，據(jù)他觀察，目前在微納機(jī)器人這個(gè)方向，大約有一半的文章是國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)表。
今年1月份的一篇文章中，《華爾街日?qǐng)?bào)》寫道，幾十年來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和物理學(xué)家推測(cè)，納米技術(shù)隨時(shí)都可能徹底重塑我們的生活，推出一波“拯救人類”的發(fā)明浪潮。“雖然事情并沒(méi)有像他們預(yù)測(cè)的那樣發(fā)展，但納米技術(shù)革命正在悄然進(jìn)行。”
從2019年開(kāi)始，賀強(qiáng)說(shuō)，國(guó)家科技部正在將納米機(jī)器人列為納米醫(yī)學(xué)一個(gè)新的、重要的研究方向；而在地方政府中，納米機(jī)器人也被寫入官方規(guī)劃。以他所在的黑龍江省為例，在今年3月份印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中，黑龍江省提出，要大力培育百億級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)示范基地，包括加快發(fā)展納米機(jī)器人、高通量生化分析儀、自動(dòng)化免疫分析儀等高端醫(yī)療設(shè)備。
走向臨床前，還有漫長(zhǎng)旅程
理論上來(lái)說(shuō)，納米機(jī)器人可以通過(guò)靜脈注射或口服攝入，在人體內(nèi)開(kāi)始一段旅程，消除疾病源頭后，安全地自我降解。
不過(guò)，中國(guó)科學(xué)院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員張瑩等人在去年年底發(fā)表的一篇綜述文章中寫道，為了滿足生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的實(shí)際需求，納米機(jī)器人在生物安全性、驅(qū)動(dòng)、體內(nèi)導(dǎo)航等諸多方面仍然存在諸多挑戰(zhàn)。
以安全性為例，張瑩等人指出，納米機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi)對(duì)生物體造成的可能影響，以及完成任務(wù)后如何從體內(nèi)消除是值得關(guān)注的問(wèn)題。選擇具有良好生物相容性、生物降解性以及可靠安全的材料是關(guān)鍵。
在體內(nèi)導(dǎo)航方面，目前主流的設(shè)計(jì)是通過(guò)成像技術(shù)來(lái)精確定位與追蹤納米機(jī)器人在體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。不過(guò)，賀強(qiáng)指出，如今最先進(jìn)的體內(nèi)成像系統(tǒng)還無(wú)法“看見(jiàn)”納米這個(gè)級(jí)別的物體，即無(wú)法“注視”到單個(gè)的納米機(jī)器人，只能通過(guò)追蹤納米機(jī)器人集群的方式實(shí)時(shí)定位和路徑規(guī)劃，而且成像的速度也趕不上納米粒子在血液中運(yùn)動(dòng)的速度。這方面的突破在未來(lái)10年左右是有可能實(shí)現(xiàn)的。
此外，納米機(jī)器人依然有很多尚未解決的困難。比如，陶偉指出，人體環(huán)境比小動(dòng)物的體內(nèi)環(huán)境更為復(fù)雜，血液里各種各樣的蛋白可能會(huì)吸附到納米機(jī)器人上，“遮蔽”了一些原來(lái)的表面靶向或智能設(shè)計(jì)，使得它們?cè)谌梭w中真正的遞送效率還不夠高。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，免疫系統(tǒng)可能會(huì)在它們卸下裝載的藥物之前，將納米機(jī)器人識(shí)別為要消滅的威脅，為解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家也在研究不會(huì)在我們體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)的材料。
在趙奕平看來(lái)，現(xiàn)在的“納米機(jī)器人”有發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料，但還沒(méi)有“大腦”，人們不能通過(guò)芯片和編程來(lái)使其智能化，因此還是非常原始的機(jī)器人，或者將其稱為“納米馬達(dá)”更加貼切。
中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)在2020年發(fā)表的科普文章中寫道，目前研發(fā)的納米機(jī)器人屬于第一代，是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體；第二代納米機(jī)器人是直接由原子或分子裝配成的具有特定功能的納米裝置，能夠執(zhí)行復(fù)雜的納米級(jí)別的任務(wù)；第三代納米機(jī)器人將包含有強(qiáng)人工智能和納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的智能裝置。
隨著微納米機(jī)器人領(lǐng)域的快速進(jìn)展，其可能引發(fā)的倫理問(wèn)題雖然尚早，但也值得關(guān)注。2020年，一篇發(fā)表在“英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）”網(wǎng)站上的文章《納米機(jī)器人的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)》指出，這項(xiàng)前沿技術(shù)可能的潛在危害有兩方面：一是納米機(jī)器人使用有害身體的材料和紫外線，二是推進(jìn)力喪失或者靶向失控。另外還需探討，現(xiàn)行法規(guī)框架如何適應(yīng)納米機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展。
正如人們對(duì)人工智能的擔(dān)憂一樣，納米機(jī)器人也可能目標(biāo)失控，從消滅疾病轉(zhuǎn)為破壞我們的身體。有自媒體還表達(dá)了對(duì)納米機(jī)器人的增長(zhǎng)速度超出控制、自我復(fù)制的擔(dān)憂。趙奕平對(duì)《中國(guó)新聞周刊》指出，現(xiàn)在這種擔(dān)心還完全沒(méi)有必要。因?yàn)榧{米機(jī)器人的制備材料大多數(shù)是一些無(wú)生命的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料，即便是通過(guò)DNA組裝的機(jī)器人，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及缺乏酶等生存環(huán)境，也不能自我復(fù)制。
“很多時(shí)候技術(shù)越先進(jìn)，實(shí)際上它潛在的威脅可能會(huì)更大。”賀強(qiáng)說(shuō)，科研人員不能為了爭(zhēng)經(jīng)費(fèi)，只談納米機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，不談潛在威脅。在他看來(lái)，可能10年后，圍繞納米機(jī)器人倫理和法律規(guī)范的探討，會(huì)成為很重要的事項(xiàng)。
為何納米機(jī)器人還未推進(jìn)到臨床試驗(yàn)階段，賀強(qiáng)說(shuō)，很現(xiàn)實(shí)的原因是，從細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)走向臨床試驗(yàn)，還有大量的研發(fā)工作要完成，成本很高、時(shí)間很長(zhǎng)。
國(guó)外已經(jīng)有一些初創(chuàng)公司開(kāi)始孵化這個(gè)領(lǐng)域，比如，2017年，一家總部位于加州的初創(chuàng)公司BionautLabs成立，該公司研發(fā)的微型機(jī)器人可以被送入人類大腦深處，以治療其他方法無(wú)法醫(yī)治的疾病。今年4月，據(jù)《每日郵報(bào)》報(bào)道，公司計(jì)劃在兩年內(nèi)針對(duì)其微型可注射機(jī)器人進(jìn)行首次人體臨床試驗(yàn)。
在新冠疫情這一影響深遠(yuǎn)的公共衛(wèi)生事件發(fā)生后，陶偉說(shuō)，隨著mRNA疫苗的快速獲批與廣泛使用，越來(lái)越多人開(kāi)始關(guān)注納米粒子及藥物遞送技術(shù)這一領(lǐng)域，很多科學(xué)基金和資本開(kāi)始積極投入進(jìn)來(lái)。”陶偉形容，“這種感覺(jué)就好比，原來(lái)這一領(lǐng)域是在鄉(xiāng)間小路上慢慢探索，一下子駛?cè)敫咚俟贰?rdquo;
今年3月，一篇發(fā)表在《自然》雜志上，題為《微型醫(yī)療機(jī)器人正從科幻小說(shuō)中跳出來(lái)》的文章中寫道，顯然，要把機(jī)器人空降到人體內(nèi)深處難以觸及的腫瘤部位，還有很長(zhǎng)的路要走。但是這個(gè)領(lǐng)域動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)的興起和越來(lái)越多臨床醫(yī)生的參與，表明微型機(jī)器人可能正在啟航，踏上通往臨床的漫長(zhǎng)旅程。
早在1966年上映的科幻電影《神奇旅程》中，人們就有了關(guān)于治療疾病的全新想象：從修補(bǔ)、治療人體的單個(gè)細(xì)胞著手對(duì)付疾病。電影中，外科醫(yī)生被縮小為幾百萬(wàn)分之一，乘坐微縮潛水艇進(jìn)入人體內(nèi)進(jìn)行血管手術(shù)。
這并非天方夜譚。在微觀世界里，科學(xué)家們寄希望于納米機(jī)器人可以到達(dá)人類不能到達(dá)的地方，比如血液。如果投入臨床使用，它們將在十億分之一米的尺度上，在人體內(nèi)巡航、投放藥物、開(kāi)展細(xì)胞微“手術(shù)”……為人類疾病診斷和治療開(kāi)辟全新的可能性。
2021年，距離《科學(xué)》雜志上一次發(fā)布125個(gè)推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的科學(xué)難題16年后，該雜志再次發(fā)布了全球最前沿的125個(gè)科學(xué)問(wèn)題。其中，在人工智能領(lǐng)域，首當(dāng)其沖的問(wèn)題是：可注射的抗病納米機(jī)器人會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎？
血管里的全能“醫(yī)生”
在生物技術(shù)領(lǐng)域的舞臺(tái)上，近兩年，因?yàn)槿蛐鹿诖罅餍�，�?ldquo;風(fēng)光無(wú)兩”的當(dāng)屬mRNA技術(shù)：輝瑞/ BioNTech與莫德納兩款mRNA疫苗的成功，將這一新技術(shù)一下子推到聚光燈下，上千億美元的收入，使其成為制藥史上最賺錢的“黑馬”。
人類發(fā)現(xiàn)mRNA（信使核糖核酸）已經(jīng)超過(guò)60年，不過(guò)，受mRNA在體內(nèi)快速降解等關(guān)鍵問(wèn)題的阻礙，該技術(shù)進(jìn)展緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)，脂質(zhì)納米粒子（LNP）作為載體的遞送技術(shù)，一定程度上解決了mRNA在體內(nèi)易降解和遞送效率低等問(wèn)題，使mRNA技術(shù)快速發(fā)展并進(jìn)入臨床應(yīng)用。
美國(guó)喬治亞大學(xué)物理系杰出研究教授趙奕平告訴《中國(guó)新聞周刊》，從1990年代納米技術(shù)興起以來(lái)，驅(qū)動(dòng)它發(fā)展的一個(gè)很重要的動(dòng)力是芯片的研發(fā)。不過(guò)，后來(lái)這個(gè)領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)力逐漸轉(zhuǎn)向了醫(yī)學(xué)應(yīng)用。2020年，中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)寫道：納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合的納米生物學(xué)將是21世紀(jì)生命科學(xué)的重要組成部分，而納米機(jī)器人也將會(huì)是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的成就。
不過(guò)，與我們通常所設(shè)想的“機(jī)器人”不一樣，納米機(jī)器人不是一些帶著電池、芯片等各種電子器件并且擁有一副金屬盔甲的樣子。今天，即便最精密的機(jī)械加工技術(shù)，也還不能制造出在體內(nèi)游動(dòng)的傳統(tǒng)機(jī)器人。納米機(jī)器人是通過(guò)物理、化學(xué)的方法合成、制備出具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的分子和微納米材料。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授、哈佛大學(xué)附屬布萊根婦女醫(yī)院杰出講席教授陶偉是生物醫(yī)學(xué)工程方向的科學(xué)家，他的研究?jī)?nèi)容主要聚焦在藥物的智能遞送系統(tǒng)上，“納米機(jī)器人”正是很好的運(yùn)輸工具。他接受《中國(guó)新聞周刊》采訪時(shí)表示，臨床上其實(shí)有很多有效的藥物，卻不能很好地治療疾病，其中一個(gè)原因是藥物不能準(zhǔn)確地到達(dá)病灶部位并針對(duì)性地釋放藥物，造成毒副作用大、治療效果差等問(wèn)題。
實(shí)際上，過(guò)去30多年，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)，用納米粒子作為載體實(shí)現(xiàn)藥物精準(zhǔn)遞送的研究并沒(méi)有取得預(yù)期的效果。用納米顆粒包裹藥物，注射到血液里面之后，它只能隨著血液的流動(dòng)而被動(dòng)循環(huán)，遞送效率與直接注射藥物相比沒(méi)有任何明顯的區(qū)別，領(lǐng)域面臨比較沮喪的局面。
科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)的由DNA折紙結(jié)構(gòu)組成的“納米機(jī)器人”。圖/《自然·通訊》
隨著納米機(jī)器人領(lǐng)域興起，藥物精準(zhǔn)遞送有了新進(jìn)展。納米機(jī)器人可以在人體內(nèi)自主流動(dòng)，突破一系列體內(nèi)的生物屏障，找到病變部位，完成藥物投放，是精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代的重要組成部分。
以溶栓藥物為例，趙奕平介紹， 血液當(dāng)中存在著一種組織型蛋白酶，能防止血液凝結(jié)。而老年人因?yàn)樯眢w機(jī)能變化，血液容易在某個(gè)部位凝結(jié)產(chǎn)生血栓，尤其是腦部。作為治療，醫(yī)生會(huì)迅速向病人體內(nèi)輸入一種TPA（組織型蛋白酶原活化因子）的溶栓藥物，但是，它會(huì)在全身流動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)地方的血管壁破裂，而真正需要通栓的部位，治療效率卻只有20％。2018年，他的研究組以及合作者發(fā)表的文章中報(bào)告了一種辦法，用磁力來(lái)引導(dǎo)納米機(jī)器人，讓這些納米顆粒在血栓部位集結(jié)，再投放藥物，能將所需藥物劑量降低100倍，而溶栓速率提高4倍。
對(duì)于更加棘手的遞送部位，納米機(jī)器人也在早期突破中顯現(xiàn)出了積極的潛力。大腦是納米機(jī)器人最難到達(dá)的地方，因?yàn)樗鼈冃枰┻^(guò)血腦屏障——這是一種選擇性非常高的生物防御系統(tǒng)，只允許一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和特定分子通過(guò)，將病原體拒之門外。腦膠質(zhì)瘤被稱為“大腦殺手”，是神經(jīng)外科治療中最棘手的腫瘤之一。由于這種腫瘤發(fā)生的位置很特殊，難以進(jìn)行徹底的手術(shù)切除，殘留的腫瘤細(xì)胞成為日后復(fù)發(fā)的根源。
想要治療這一疾病，藥物就要穿過(guò)血腦屏障。2020年，歷經(jīng)8年努力后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種遞送策略。他們將抗癌藥物裝入磁性納米凝膠中，凝膠外用細(xì)菌膜“偽裝”，隱藏在一種稱為“中性粒細(xì)胞”的免疫細(xì)胞中。通過(guò)外部磁場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)的作用，納米機(jī)器人穿過(guò)血腦屏障，實(shí)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤部位的主動(dòng)靶向藥物遞送。普通納米載體遞送效率大概是0.7％，這一新方法將抗腫瘤藥物的遞送效率提高到了約14％，文章于去年發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》，是業(yè)內(nèi)比較重要的研究進(jìn)展。賀強(qiáng)說(shuō)，未來(lái)遞送效率還有望突破。
如今，在初步實(shí)驗(yàn)中，全球各地的納米機(jī)器人科學(xué)家已經(jīng)將這種微型機(jī)器用于治療各種疾病的研究中。陶偉指出，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了藥物遞送，納米機(jī)器人還可以用于疫苗制備、微觀組織成像、疾病檢測(cè)等。因?yàn)橛猛局畯V，賀強(qiáng)指出，納米機(jī)器人對(duì)人類未來(lái)疾病診斷和治療范式具有顛覆性的意義，“理論上，納米機(jī)器人未來(lái)可以治療所有疾病”。
大約10年前，當(dāng)趙奕平的父母因?yàn)槟X卒中疾病同時(shí)住院之后，他就開(kāi)始對(duì)如何將納米機(jī)器人用到中風(fēng)領(lǐng)域感興趣，并于2014年與合作者發(fā)表了業(yè)內(nèi)將納米機(jī)器人用于中風(fēng)治療的第一篇論文。一般而言，疾病治療通常采用物理和化學(xué)兩種方法，像手術(shù)、腎結(jié)石碎石就是前者，而藥物就是后者。他們?cè)O(shè)計(jì)的一種納米馬達(dá)，同時(shí)結(jié)合了物理和化學(xué)兩種方法，在機(jī)器人上面搭載了溶栓藥物，當(dāng)它們進(jìn)入到中風(fēng)部位時(shí)，除了釋放藥物外，還可以通過(guò)機(jī)器人與血栓的機(jī)械作用來(lái)疏通血管堵塞。這種治療思路，也被稱為“微納手術(shù)”。
很少被人注意的是，在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，科學(xué)家們還將微納米機(jī)器人用作一種模型，稱為“活性膠體”，用以研究腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移機(jī)制，以及鳥(niǎo)群、魚(yú)群等自然界復(fù)雜的群體行為。這一理論研究領(lǐng)域，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。
納米機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與控制
愛(ài)因斯坦曾預(yù)言：未來(lái)科學(xué)的發(fā)展無(wú)非是繼續(xù)向宏觀世界和微觀世界進(jìn)軍。納米機(jī)器人正將微型化踐行到底。
1959年，在一次有關(guān)納米技術(shù)的著名演講“在物質(zhì)底層有大量的空間”中，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼開(kāi)創(chuàng)性地提出了納米機(jī)器人的早期概念。他認(rèn)為人類未來(lái)有可能建造一種分子大小的微型機(jī)器，可以把分子甚至單個(gè)原子作為建筑構(gòu)件，在非常細(xì)小的空間里構(gòu)建物質(zhì)。
1納米是1米的10億分之一，大約50微米寬的頭發(fā)絲也要比一個(gè)1納米的物質(zhì)寬5萬(wàn)倍。納米機(jī)器人的尺寸通常只有幾十到幾百納米，超過(guò)這個(gè)范圍，就難以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)推進(jìn)它們的運(yùn)動(dòng)，而且也因?yàn)轶w積過(guò)大而成為血管當(dāng)中致命的血栓。
《神奇旅程》中，一隊(duì)縮小版的美國(guó)醫(yī)生登上微米尺度的潛水艇，進(jìn)入受傷外交官的血液中。雖然外交官每次心跳所引起的血液波動(dòng)都讓潛艇隨時(shí)處于傾覆的邊緣，人體的抗體也把潛艇當(dāng)作敵人瘋狂攻擊，英勇的主角們?nèi)匀荒軌虿倏v潛艇在血液中化險(xiǎn)為夷，并最后消滅血栓。
進(jìn)入身體不同部位的最佳方式是通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)的“高速公路”——血管。但對(duì)于非常非常微小的納米機(jī)器來(lái)說(shuō)，人體的血流足以將它們沖得“人仰馬翻”。物體越小，受到空氣、水分子無(wú)規(guī)撞擊的影響就越大，其運(yùn)動(dòng)顯得十分混亂。有學(xué)者形容，控制納米顆粒的運(yùn)動(dòng)，就像在暴風(fēng)雨中，控制四旋翼無(wú)人機(jī)將快遞送到遙遠(yuǎn)的村莊。
納米機(jī)器人是一個(gè)學(xué)科高度交叉的領(lǐng)域，涉及的學(xué)科至少包括生物學(xué)、材料、物理、化學(xué)、人工智能、微納電子等等。自21世紀(jì)初以來(lái)，人們合成出了許許多多不同種類的微納米材料及精巧分子�？蒲腥藛T能夠在模擬條件下，通過(guò)化學(xué)能、電能、磁能、光能等各種方式，讓這些微納米尺度的人造分子與顆粒能夠自主運(yùn)動(dòng)起來(lái)。
磁力一直是驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人游動(dòng)的最主流方式。今年7月21日，發(fā)表在《自然·機(jī)器智能》上的文章稱，受生物細(xì)胞內(nèi)蛋白馬達(dá)沿著細(xì)胞微管運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)，來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了磁性的人工微管，可在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境里快速可靠地傳輸磁性微納米機(jī)器人。
大腸桿菌、精子細(xì)胞、草履蟲(chóng)等通過(guò)揮動(dòng)鞭毛、纖毛，在惡劣的環(huán)境中游弋并找尋食物。一些科學(xué)家也從自然界尋找驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人的靈感，比如，德國(guó)開(kāi)姆尼茨理工大學(xué)的納米科學(xué)家?jiàn)W利弗·施密特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于精子細(xì)胞的混合動(dòng)力機(jī)器人。精子是運(yùn)動(dòng)得最快的細(xì)胞之一，在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，該團(tuán)隊(duì)利用精子組裝的納米機(jī)器人可以將藥物輸送到女性生殖道的腫瘤發(fā)生部位，論文于2018年發(fā)表在納米材料領(lǐng)域的期刊《ACS Nano》上。
納米機(jī)器人穩(wěn)定、自主運(yùn)動(dòng)后，如何將這些微型機(jī)器人準(zhǔn)確“導(dǎo)航”到特定病變部位，有兩種思路。第一種就像今天無(wú)人駕駛汽車的思路，通過(guò)算法控制+成像系統(tǒng)來(lái)完成，前者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和規(guī)劃納米機(jī)器人到達(dá)目的地的最佳路線，后者則是追蹤、定位這些微型機(jī)器人的蹤跡。
另外一種思路，則更接近科幻小說(shuō)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授賀強(qiáng)介紹，它不依靠外力，而是利用生物學(xué)的方法，讓這些微型機(jī)器人自己找到病變部位。比如，就像細(xì)菌能依靠特定的信號(hào)尋找食物一樣，隨著生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，可以通過(guò)病灶部位釋放的一些生物化學(xué)標(biāo)志，來(lái)“引導(dǎo)”納米機(jī)器人自主前往。
2004年底，一篇發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》上的論文首次報(bào)告了人工制備的化學(xué)驅(qū)動(dòng)的納米馬達(dá)，金鉑納米棒通過(guò)催化過(guò)氧化氫實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，被認(rèn)為是納米機(jī)器人領(lǐng)域的第一篇論文。
通過(guò)人體內(nèi)的血管，納米機(jī)器人可以游走到身體的不同部位。圖/IC
2016年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了3位科學(xué)家，獲獎(jiǎng)理由是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成”。當(dāng)時(shí)，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)指出，目前，分子機(jī)器處在概念應(yīng)用階段，不過(guò)，未來(lái)它有望用于更精準(zhǔn)的疾病檢測(cè)、藥物輸送，超高密度信息存儲(chǔ)、能量存儲(chǔ)，新材料、傳感器等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景不可限量。
2008年左右，當(dāng)賀強(qiáng)開(kāi)始介入這個(gè)方向時(shí)，國(guó)際上已發(fā)表的論文數(shù)量大約不到10篇，如今，賀強(qiáng)介紹，國(guó)內(nèi)專門研究納米機(jī)器人的課題組，已經(jīng)至少超過(guò)了50個(gè)。最早開(kāi)展納米機(jī)器人研究的華人科學(xué)家之一、 喬治亞大學(xué)物理系杰出研究教授趙奕平告訴《中國(guó)新聞周刊》，據(jù)他觀察，目前在微納機(jī)器人這個(gè)方向，大約有一半的文章是國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)表。
今年1月份的一篇文章中，《華爾街日?qǐng)?bào)》寫道，幾十年來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和物理學(xué)家推測(cè)，納米技術(shù)隨時(shí)都可能徹底重塑我們的生活，推出一波“拯救人類”的發(fā)明浪潮。“雖然事情并沒(méi)有像他們預(yù)測(cè)的那樣發(fā)展，但納米技術(shù)革命正在悄然進(jìn)行。”
從2019年開(kāi)始，賀強(qiáng)說(shuō)，國(guó)家科技部正在將納米機(jī)器人列為納米醫(yī)學(xué)一個(gè)新的、重要的研究方向；而在地方政府中，納米機(jī)器人也被寫入官方規(guī)劃。以他所在的黑龍江省為例，在今年3月份印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中，黑龍江省提出，要大力培育百億級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)示范基地，包括加快發(fā)展納米機(jī)器人、高通量生化分析儀、自動(dòng)化免疫分析儀等高端醫(yī)療設(shè)備。
走向臨床前，還有漫長(zhǎng)旅程
理論上來(lái)說(shuō)，納米機(jī)器人可以通過(guò)靜脈注射或口服攝入，在人體內(nèi)開(kāi)始一段旅程，消除疾病源頭后，安全地自我降解。
不過(guò)，中國(guó)科學(xué)院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員張瑩等人在去年年底發(fā)表的一篇綜述文章中寫道，為了滿足生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的實(shí)際需求，納米機(jī)器人在生物安全性、驅(qū)動(dòng)、體內(nèi)導(dǎo)航等諸多方面仍然存在諸多挑戰(zhàn)。
以安全性為例，張瑩等人指出，納米機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi)對(duì)生物體造成的可能影響，以及完成任務(wù)后如何從體內(nèi)消除是值得關(guān)注的問(wèn)題。選擇具有良好生物相容性、生物降解性以及可靠安全的材料是關(guān)鍵。
在體內(nèi)導(dǎo)航方面，目前主流的設(shè)計(jì)是通過(guò)成像技術(shù)來(lái)精確定位與追蹤納米機(jī)器人在體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。不過(guò)，賀強(qiáng)指出，如今最先進(jìn)的體內(nèi)成像系統(tǒng)還無(wú)法“看見(jiàn)”納米這個(gè)級(jí)別的物體，即無(wú)法“注視”到單個(gè)的納米機(jī)器人，只能通過(guò)追蹤納米機(jī)器人集群的方式實(shí)時(shí)定位和路徑規(guī)劃，而且成像的速度也趕不上納米粒子在血液中運(yùn)動(dòng)的速度。這方面的突破在未來(lái)10年左右是有可能實(shí)現(xiàn)的。
此外，納米機(jī)器人依然有很多尚未解決的困難。比如，陶偉指出，人體環(huán)境比小動(dòng)物的體內(nèi)環(huán)境更為復(fù)雜，血液里各種各樣的蛋白可能會(huì)吸附到納米機(jī)器人上，“遮蔽”了一些原來(lái)的表面靶向或智能設(shè)計(jì)，使得它們?cè)谌梭w中真正的遞送效率還不夠高。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，免疫系統(tǒng)可能會(huì)在它們卸下裝載的藥物之前，將納米機(jī)器人識(shí)別為要消滅的威脅，為解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家也在研究不會(huì)在我們體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)的材料。
在趙奕平看來(lái)，現(xiàn)在的“納米機(jī)器人”有發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料，但還沒(méi)有“大腦”，人們不能通過(guò)芯片和編程來(lái)使其智能化，因此還是非常原始的機(jī)器人，或者將其稱為“納米馬達(dá)”更加貼切。
中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)在2020年發(fā)表的科普文章中寫道，目前研發(fā)的納米機(jī)器人屬于第一代，是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體；第二代納米機(jī)器人是直接由原子或分子裝配成的具有特定功能的納米裝置，能夠執(zhí)行復(fù)雜的納米級(jí)別的任務(wù)；第三代納米機(jī)器人將包含有強(qiáng)人工智能和納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的智能裝置。
隨著微納米機(jī)器人領(lǐng)域的快速進(jìn)展，其可能引發(fā)的倫理問(wèn)題雖然尚早，但也值得關(guān)注。2020年，一篇發(fā)表在“英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）”網(wǎng)站上的文章《納米機(jī)器人的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)》指出，這項(xiàng)前沿技術(shù)可能的潛在危害有兩方面：一是納米機(jī)器人使用有害身體的材料和紫外線，二是推進(jìn)力喪失或者靶向失控。另外還需探討，現(xiàn)行法規(guī)框架如何適應(yīng)納米機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展。
正如人們對(duì)人工智能的擔(dān)憂一樣，納米機(jī)器人也可能目標(biāo)失控，從消滅疾病轉(zhuǎn)為破壞我們的身體。有自媒體還表達(dá)了對(duì)納米機(jī)器人的增長(zhǎng)速度超出控制、自我復(fù)制的擔(dān)憂。趙奕平對(duì)《中國(guó)新聞周刊》指出，現(xiàn)在這種擔(dān)心還完全沒(méi)有必要。因?yàn)榧{米機(jī)器人的制備材料大多數(shù)是一些無(wú)生命的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料，即便是通過(guò)DNA組裝的機(jī)器人，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及缺乏酶等生存環(huán)境，也不能自我復(fù)制。
“很多時(shí)候技術(shù)越先進(jìn)，實(shí)際上它潛在的威脅可能會(huì)更大。”賀強(qiáng)說(shuō)，科研人員不能為了爭(zhēng)經(jīng)費(fèi)，只談納米機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，不談潛在威脅。在他看來(lái)，可能10年后，圍繞納米機(jī)器人倫理和法律規(guī)范的探討，會(huì)成為很重要的事項(xiàng)。
為何納米機(jī)器人還未推進(jìn)到臨床試驗(yàn)階段，賀強(qiáng)說(shuō)，很現(xiàn)實(shí)的原因是，從細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)走向臨床試驗(yàn)，還有大量的研發(fā)工作要完成，成本很高、時(shí)間很長(zhǎng)。
國(guó)外已經(jīng)有一些初創(chuàng)公司開(kāi)始孵化這個(gè)領(lǐng)域，比如，2017年，一家總部位于加州的初創(chuàng)公司BionautLabs成立，該公司研發(fā)的微型機(jī)器人可以被送入人類大腦深處，以治療其他方法無(wú)法醫(yī)治的疾病。今年4月，據(jù)《每日郵報(bào)》報(bào)道，公司計(jì)劃在兩年內(nèi)針對(duì)其微型可注射機(jī)器人進(jìn)行首次人體臨床試驗(yàn)。
在新冠疫情這一影響深遠(yuǎn)的公共衛(wèi)生事件發(fā)生后，陶偉說(shuō)，隨著mRNA疫苗的快速獲批與廣泛使用，越來(lái)越多人開(kāi)始關(guān)注納米粒子及藥物遞送技術(shù)這一領(lǐng)域，很多科學(xué)基金和資本開(kāi)始積極投入進(jìn)來(lái)。”陶偉形容，“這種感覺(jué)就好比，原來(lái)這一領(lǐng)域是在鄉(xiāng)間小路上慢慢探索，一下子駛?cè)敫咚俟贰?rdquo;
今年3月，一篇發(fā)表在《自然》雜志上，題為《微型醫(yī)療機(jī)器人正從科幻小說(shuō)中跳出來(lái)》的文章中寫道，顯然，要把機(jī)器人空降到人體內(nèi)深處難以觸及的腫瘤部位，還有很長(zhǎng)的路要走。但是這個(gè)領(lǐng)域動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)的興起和越來(lái)越多臨床醫(yī)生的參與，表明微型機(jī)器人可能正在啟航，踏上通往臨床的漫長(zhǎng)旅程。
