根據最新《微系統與奈米工程》(Microsystems & Nanoengineering)期刊的研究,韓國大邱慶北科學技術院(DGIST)的研究團隊成功整合磁性細胞機器人(Cellbots)與壓電微機械超音波換能器(pMUT)陣列,為神經幹細胞治療帶來革命性的進展。
研究團隊的核心技術突破在於將磁性細胞機器人與 pMUT 陣列無縫整合。細胞機器人透過裝載超順磁性氧化鐵奈米粒子(SPIONs),在外加電磁系統的精確引導下,能夠靶向性地移動至目標神經組織區域。
一旦細胞機器人抵達指定位置,微型化的 pMUT 陣列便能精確地傳遞聚焦超音波脈衝,實驗結果顯示,相較於對照組,經超音波刺激的細胞其神經突長度顯著增加了 90%(119.9 微米 vs. 63.2 微米),這明確證明了局部超音波刺激能有效促進神經元成熟。
此研究中使用的 pMUT 陣列,其微小單元尺寸僅為 60 微米,實現了極高的空間解析度,確保超音波刺激能夠精確地作用於目標細胞,避免對周圍組織產生不必要的影響。
實驗數據顯示,該 pMUT 能夠產生高達 566 千帕的聲壓,且通過嚴格的細胞存活率測試,驗證了其良好的生物相容性。此外,研究人員還透過順序啟動 pMUT 通道,最大程度地減少了超音波脈衝的重疊,進一步優化了刺激效率。
另一方面,細胞機器人展現出卓越的磁反應性,在 20 毫特斯拉的旋轉磁場下,移動速度可達 36.9 微米/秒,且實驗證明此磁場強度不會對細胞健康造成負面影響。
這項雙系統整合的創新方法,有效地克服了傳統幹細胞治療中細胞遞送不精確和分化效率低下的瓶頸,為在受損大腦中重建功能性神經網路開闢了嶄新的道路。