8月24日，華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院臧劍鋒教授、同濟(jì)醫(yī)學(xué)院劉繼紅教授、凌青副教授以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王柳教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Science Advances上發(fā)表了題為“Magnetic Soft Robotic Bladder for Assisted Urination”的研究論文，提出了一種植入式的磁控軟體機(jī)器人擠壓膀胱的新方式，讓UAB膀胱恢復(fù)排尿功能。論文被Science Advances官網(wǎng)選為亮點(diǎn)文章。

膀胱功能障礙（Underactive Bladder, UAB）是由于衰老、神經(jīng)損傷、代謝綜合征等原因?qū)е碌淖畛Ｒ姷钠鞴俟δ苷系K之一。其臨床表現(xiàn)為尿流緩慢、排尿困難、膀胱排空不全等，極大影響患者生活質(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)UAB會(huì)引起上尿路積水及腎功能衰竭等嚴(yán)重并發(fā)癥，危及患者生命。UAB患者人群龐大，國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)流行病學(xué)研究證實(shí)，膀胱功能障礙的發(fā)病率約為10-23%，在70歲以上老年人群體中可高達(dá)42%-45%?，F(xiàn)有UAB治療手段以神經(jīng)調(diào)控或姑息治療為主。但是由于UAB發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，上述兩類手段均無法為所有患者有效的重建膀胱排尿功能，因此亟需新技術(shù)的加入，為UAB患者提供更多重獲健康的機(jī)會(huì)。

膀胱壁內(nèi)存在一層被稱為逼尿肌的肌肉，顧名思義其主要作用是在排尿時(shí)收縮以壓縮膀胱使得膀胱內(nèi)部壓力升高至排尿閾值，實(shí)現(xiàn)尿液從膀胱內(nèi)被擠出從而完成膀胱的清空。如圖1所示，而UAB患者的逼尿肌往往無法正常收縮致使排尿無法完成。所以在膀胱內(nèi)重建逼尿肌的升壓效果，成為了恢復(fù)UAB患者排尿功能的關(guān)鍵。磁控軟體機(jī)器人得益于磁場(chǎng)的對(duì)人體的穿透性和安全性，常被用于通過遠(yuǎn)程遙控的方式在人體內(nèi)部作業(yè)。而磁場(chǎng)又兼具了高輸出的能力，可以滿足膀胱這一非節(jié)律性主動(dòng)運(yùn)動(dòng)器官的運(yùn)動(dòng)需求。因此，研究團(tuán)隊(duì)利用以內(nèi)嵌硬磁顆粒的硅膠為基體的磁控軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)了一種與充盈膀胱同形且具有一定支撐性的軟體運(yùn)動(dòng)腔安裝到病變膀胱外，待膀胱在其中自然充盈后通過體外磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)來擠壓膀胱完成膀胱內(nèi)的升壓。這種新器件被作者命名為Magnetic Robotic Bladder (MRB）。通過在UAB模型豬（膀胱體積與人類近似）上的植入，證明MRB可以實(shí)現(xiàn)人類逼尿肌的升壓水平（~ 37cmH2O）。

根據(jù)功能設(shè)計(jì)，MRB需要在體內(nèi)長(zhǎng)期工作，需要MRB材料具有優(yōu)秀的相容性和穩(wěn)定性。作者設(shè)計(jì)了磁響應(yīng)軟材料大面積多層涂敷辦法，利用硅膠作為過渡層，在復(fù)雜崎嶇的磁響應(yīng)軟材料表面覆蓋了一層具有生物相容性的水凝膠薄膜，有效降低了MRB表面的摩擦力以及生物毒性，使MRB可在體內(nèi)安全植入。同時(shí)，在MRB運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生大變形的部位內(nèi)嵌網(wǎng)狀材料，對(duì)硅膠基體材料進(jìn)行增強(qiáng)增韌，使MRB可以完成多次反復(fù)的擠壓。

MRB是以機(jī)械的形式驅(qū)動(dòng)膀胱，這就對(duì)其在體內(nèi)的固定提出了很高的要求。作者借鑒了盆底重建手術(shù)的思路，設(shè)計(jì)了一種MRB專用的植入方法。利用固定網(wǎng)片將MRB與盆腔內(nèi)生理結(jié)構(gòu)結(jié)合，使得膀胱能長(zhǎng)期穩(wěn)定的處于MRB驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)。作者利用該方法，將MRB成功植入到UAB模型豬中，并進(jìn)行了影像尿動(dòng)力和長(zhǎng)期常規(guī)尿動(dòng)力監(jiān)測(cè)。多種尿動(dòng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型豬長(zhǎng)期植入后的生理指標(biāo)觀察，顯示MRB可以在體內(nèi)長(zhǎng)期安全的對(duì)膀胱進(jìn)行擠壓并實(shí)現(xiàn)尿液的排出，證明了MRB可以輔助失能膀胱恢復(fù)排尿功能。

MRB方法繞開了器官功能重建的常見的神經(jīng)調(diào)控路線，利用新型的軟體機(jī)器人直接模擬器官肌肉運(yùn)動(dòng)來恢復(fù)膀胱的排尿生理功能，為UAB患者提供了新的治療機(jī)會(huì)。這種體內(nèi)無源體外驅(qū)動(dòng)的磁控軟體機(jī)器人技術(shù)輔助器官運(yùn)動(dòng)思路也有望向其他疾病進(jìn)行推廣。

光電信息學(xué)院碩士研究生羊佑舟、同濟(jì)醫(yī)學(xué)院博士研究生王佳鑫、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王柳教授、光電信息學(xué)院碩士研究生吳清揚(yáng)為本文的共同第一作者，臧劍鋒教授，同濟(jì)醫(yī)學(xué)院凌青、劉繼紅教授為共同通訊作者，脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室李亮教授、曹全梁教授及其團(tuán)隊(duì)成員謝延也參與了論文工作。論文第一單位為華中科技大學(xué)，合作單位為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)。

以上研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索計(jì)劃、華中科技大學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。（來源：華中科技大學(xué)）