第268期

小小的體積 無限的可能

醫療型奈米機器人將會帶給人們的希望,以及可能衍生的隱憂。

小小的體積 無限的可能

楊佩臻

喚醒人們童年的卡通「哆啦A夢」中,大雄曾經使用道具「縮小燈」使潛水艇變成能夠進入人體的大小,幫助靜香把誤食的珍珠拿出來,當時可望而不可得的技術如今已非遙不可及。

奈米機器人的概念起源於1990年代盛行的微型機器人研究以及工程師K.Eric Drexler所發表的分子構想,這項議題也持續成為研究單位矚目的焦點,研發的目的並非像AI人工智慧那般模仿人類的行為,而是期望能透過奈米尺度的大小來幫助人類執行無法達成的精密工作,其中最受人們關注的便是它的醫療潛力。


1966年的電影《聯合縮小軍》(Fantastic Voyage)中潛水艇進入人體內治療。(圖片來源/Hollywood.com)

精細操作 完成不可能的任務

奈米機器人隸屬微型機器人一環,一奈米的大小約為一個病毒直徑的十分之一,如此微小的物體將會代替人類完成許多因太精細而無法達到的工作,例如精密儀器維修、機械組裝、人體手術等。

儘管至今奈米機器人大多處於研發以及測試階段,但也有許多成功運用的案例。例如透過外部控制桿操作微型機器人手臂來進行眼科手術,傷口不但微小,不易發炎,還能防止手部顫抖造成不必要的損傷,成功率甚至高達百分之百。而現今利用微型機器人完成血管修復以及疏通的手術也已進入動物臨床測試階段,將會有助於治癒中風的病患。Google工程總監Ray Kurzweil甚至在一段Playboy的採訪當中預告20年之後,奈米機器人將會取代人們的免疫系統,幫助人體對抗死亡。


醫生正在進行全球第一起使用微型機器人完成的眼科手術。(圖片來源/University of OXFORD)

提前偵測 及早預防病症

相關研究人員的期望是將醫療型奈米機器人長期駐紮在人體內,隨時偵測人體的心跳、血壓以及細胞是否異常。如此一來,我們不必再定期前往醫院檢查,還能盡早發現身體異狀,而早期偵測到病變也能增加許多疾病被治癒的機率。有了奈米機器人的幫忙,醫生能夠擁有更充足的時間診斷、治療其他患者,藥物用量也將會減少,相對的醫療成本也能大幅降低。

準確治療 癌症患者的一線曙光

癌症又名惡性腫瘤,早在希臘時代便已記載相關症狀,但直到人們接受器官解剖以及18世紀顯微鏡的普遍使用後,才有較詳細的癌症分析與治療。WHO更是指出癌症為全球第二大死因,伴隨著不斷上升的癌症發生率,如何降低或是有效與癌症抗衡便成為一大難題。對此,奈米醫療研究人員也致力於研發能在人體內輸送藥物或是使用微型手術的機器人以對抗癌症。

想像人體內有一群具醫療知識的奈米機器人,它們能夠主動偵測到人體細胞的病變,並且攜帶抗癌的藥物自行移動至癌細胞部位與之戰鬥,人類將可以有效減少患者透過化學治療所產生的全面性傷害以及不舒適感,也能夠免除外科手術本身所帶有的死亡風險。


奈米機器人附著於紅血球上,往病變細胞移動。(圖片來源/ROBOTNOR)

此項技術最難以突破的是如何控制奈米機器人在不傷害人體的情況下,迅速且準確地到達目的地,並且不會被人體本身具有的防禦系統攻擊。致力於開發創新型癌症治療工作的教授Sylvain Martel早在2015年便為此理想邁進一大步,他與他的研究團隊將攜帶藥物的奈米機器人注射至老鼠腦部,並運用射頻場(radio-frequency field)照射加熱,成功地使藥物擴散。

Sylvain Martel團隊實驗的示意圖。(圖片來源/EXTREMETECH)


奈米機器人進入人體後移動至細胞病變部位,釋放出藥物。(圖片來源/Youtube影片截圖)

歐盟資助由蘇黎世聯邦理工學院(ETHZ)所領軍的合作團隊,也在2016年透過生命科學論壇(Nature Communications)發表一種具有生物相容性且受磁力驅動的可變形微型機器人,它可以經由磁場的改變進行相對運動來傳遞藥物,但是移動的速度以及方向仍因磁場的互相影響而不夠穩定。2017年德國飛利浦創新科技公司由Jürgen Rahmer領軍的研究當中則改善了此缺點,他們發明出能夠單獨移動且不受周圍影響的磁性微型機器人,如此便可將藥物準確傳遞至突變部位後再利用磁場開啟機器人使藥物擴散。

而根據科學報告(Scientific Reports)顯示,由朴錫浩教授領軍的全南大學機械工程系研發出世界第一個透過吞噬癌細胞來治療大腸癌、乳腺癌等的微型機器人,同樣也是以磁場控制,每年不斷創新的技術,使廣泛運用於人體的日子指日可待。

普遍化後 未來的隱憂

若將來醫療型奈米機器人普及大眾,定會加劇現有的人口問題。主打「儘早發現,精確治療」的機器人,除了帶給人們醫療上的便利以及技術的進步,也將造成世界人口的爆炸以及更加明顯的資源分配不均。沒有醫治不了的癌症病患,沒有無法成功的微型手術,搶救了癌症逐漸年輕化的世界,也導致每年人口勢必再上升。這項醫療技術存在於已開發的高收入國家,然而有近70%的癌症死亡發生在中、低收入國家,他們缺乏技術以及金錢,依然持續受病痛所苦,已開發國家也將面臨更嚴重的資源耗竭以及都市問題。

人類注重的隱私權以及生命安全也將會在奈米機器人遍布人體時受到考驗,知名策略遊戲「瘟疫公司(Plague inc)」內其中一項摧毀人類的微小物體便是奈米病毒,遊玩者擔任奈米病毒的智慧,想辦法運用各種傳播方法讓全世界皆受感染,並且強化病毒使科學家難以研發解藥,最終病徵一次性地出現造成世界毀滅。誰能保證遊戲世界的劇情未來不會出現?因此,在科技進步之餘,仍需考慮未來可能的發展,人們到底該順應自然?或是起身反抗?是每個人都必須好好思考的問題。

記者 楊佩臻
可遠觀,不可近看。
編輯 關子茵
活在世上為了自己的快活已經自顧不暇。
記者 楊佩臻
編輯 關子茵