對於被診斷患有癌症的患者，能夠選擇的治療方式很少，並且在許多嚴重的情況下，強化的化學療法變成必要的治療措施。但是儘管化學療法是一種強大的抗癌藥物，但它以許多方式對身體造成傷害，如慢性疼痛、噁心、疲勞、脫髮和增加不育的機率，這只是化療可能產生的一些不良反應。幸運的是，科學家們正在努力開發更有效的方法來提供化療藥物，包括一種新的3D列印方法，涉及製造軟體，從身體內提供精確的藥物劑量。
這些令人興奮的新型微機械或“生物機器人”已經在紐約市哥倫比亞大學生物醫學工程教授Samuel Sia的實驗室被開發出來。Sia和他的研究團隊最近在Science Robotics上發表了他們的研究結果，他們解釋了他們如何開發一種快速的製造方法，可以生產低至幾十微米的生物相容材料，每層有複雜的圖案。有了這種製造方法，科學家已經能夠創建微小的設備，可以通過磁信號釋放藥物到身體。
進入實驗室的目標是創建這些藥物分配微機械，哥倫比亞生物醫學工程師首先需要開發一種特殊的方式來創建這台機器。為此，他們利用3D列印技術，開發一個一次性機器，可以沉積水凝膠層，形成橡膠狀的固體。
接下來是創建微型設備本身的挑戰。對於這部分，研究人員可以使用一個經過試驗和測試的機制來操作他們的生物組織：發條。令人驚訝的是，基於水凝膠的微機械真的像鐘錶一樣工作，每個軟管裝置是一種日內瓦驅動器，能夠正常旋轉齒輪機構，並且當外部磁體指向它時向前點擊。裝置的“齒輪”只是含有鐵納米顆粒的軟質部件，並且每次點擊使六個腔室中的一個與孔對齊並通過其分配藥物。
創建這些3D列印的生物組織是Sia的團隊的一個挑戰。對於初學者來說，微小的設備需要足夠柔軟，並且與人體相容。但他們還需要足夠堅固，以抵抗身體內部的粗糙和蠕動：“如果你的材料像jello一樣容易坍塌，那麼很難使機器人脫離它，”Sia說道。“它必須足夠堅硬，像一個小型植入式機器一樣工作。”
使用這樣的小設備，醫生可能以更高水準的精確度遞送諸如化療的藥物，可能減少強大藥物的一些不良影響。它們也可以用於調節激素或在體內執行其他重要的任務。重要的是，Sia和他的團隊已經老鼠中測試了3D列印的機器人設備，並取得巨大的成功。
研究人員將生物塊植入到患有骨癌的許多小鼠中，通過3D列印裝置釋放受控劑量的化療藥物。同時，通過常規方法給予患有骨癌的其他小鼠相同的藥物。根據研究人員發現，在配備3D列印biobots的老鼠的測試中，腫瘤生長較慢，而且腫瘤細胞死亡更多，對健康細胞的損傷更少。
因此，昂貴的3D列印設備為醫療專業人員提供了巨大的機會，可能作為向身體提供關鍵治療的新方式。然而，首先，Sia的團隊可能需要找到一種更精確的方法來控制設備。雖然目前磁性系統在實驗室中具有很大效果，但是來自另一個源的強大的磁體仍然可能意外地觸發身體內的裝置，在錯誤的時間和以錯誤的劑量釋放藥物。
現在，Sia將繼續尋找可以用於患者受益的其他方式的3D列印微機械。“我相信我們會找到有用的東西，”他說。