薬剤標的送達のためのマイクロロボット

August, 22, 2025, Michigan--ミシガン大学でのシミュレーションとオックスフォード大学での実験を通じて実施された最近のScience Advancesの研究によると、液滴で形成されたマイクロロボットは、薬物のわずか0.7%を標的組織に送る静脈内薬物送達を改善し、精密な標的薬物送達を可能にする。

炎症性腸疾患の治療法を模倣した実験は、豚の腸で行われ、シミュレーションによって裏付けられた実験では、マイクロロボットをカテーテルで送達し、磁場で標的部位に導く方法を実証した。マイクロロボットは、薬を運ぶことができるゲルと、制御を可能にする磁石で構成される両面粒子である。

腸内実験では、ゲルが溶解すると、色素が放出され、研究チームはそれを検出して化学物質が標的部位に到達したことを確認した。また、ゲルによっては長い時間をかけて溶解する遅延放出もテストした。送達後、磁性粒子はカテーテルに戻り、回収された。

複数の場所に投与すれば、この機能は、ステロイド、免疫調節剤、再生剤といった複数の薬剤を腸内のさまざまな炎症部位に送達して、炎症性腸疾患の治療を改善する可能性がある。

チームは、人間の膝のモデルを使用して低侵襲手術のユースケースもテストした。マイクロロボットは簡単にアクセスできる場所で放出され、手の届きにくい標的部位まで移動して色素を注入し、その後、入口部位に戻り抽出された。

「この研究により、われわれは非常に高度な治療薬の送達に近づいている。この高度な製造技術により、優れた機能と動作能力を備えたソフトロボットシステムの作成が可能になる」と、オックスフォード大学生物医学工学研究所のバイオナノサイエンス・ジョン・ブラック教授であり、この研究の共同上級著者であるMolly Stevensはコメントしている。

マイクロロボットを構成する粒子は、磁性粒子を含むゲルの流れを狭いチャネルに通すことによって作られる。オイルが装置に入ると、ゲルと交差し、均一な大きさの液滴をつまみ取る。磁性ゲル粒子は液滴の底に沈み、空のゲルは上部に浮かぶ。

完成したデバイスは、永久磁石液滴誘導マイクロロボット（PMDM）と呼ばれ、約0.2mm、つまり人間の髪の毛2本分の幅の大きさである。

「従来のマイクロロボット製造はスループットが非常に低かった。マイクロ流体工学を利用することで、数百個のマイクロロボットを数分で製造できる。効率が大幅に向上し、製造コストが削減される」と、オックスフォード大学Stevensグループの博士課程の学生で、この研究の共同筆頭著者であるYuanxiong Caoは話している。

シミュレーションにより、マイクロロボットが特定の磁場周波数に応答してどのように動くかを予測し、微調整した。シミュレートされた障害物コースは、複雑な環境でマイクロロボットを操縦するための実験場として機能した。

物理システムは、商用ソフトウェアによって制御される電磁石を使用し、しゃくとり虫のようなマイクロロボットの鎖を形成して移動する磁場を発生させる。鎖は 3 つの異なる動きをし、研究チームはこれを「歩行」、「這行」、「スイング」と呼んでいる。命令にしたがって分解および再組み立てが可能であり、狭い通路やその他の障害物の通過に役立つ。

「磁場の周波数に基づいて、特に組み立てと分解のサイクルにおいて、さまざまな粒子をどれほど制御できるかを見て驚いた」と、この研究の共同筆頭著者であり、Anthony C. Lembke化学工学部長で共同上級著者であるSharon Glotzerのグループに所属するミシガン大学の化学工学研究員のPhilipp Schönhöferはコメントしている。

次のステップとして、研究チームは複雑な環境をより適切に移動できる新しいマイクロロボットを設計している。チームは、エマルジョン中のさまざまな粒子をテストして、それらがどのように互いに引き合うかを理解し、より大きな粒子群がさまざまな磁場下でどのように振る舞うかを研究する予定である。

「われわれの計算プラットフォームにより、さらに広い設計空間を探索するためのプレイグラウンドも開発された。これにより、PMDMコンセプトに触発された、より複雑なマイクロロボットアーキテクチャのアイデアがすでに生まれている」とSchönhöferは語っている。