机械工程学院机器人系王乾乾教授团队在Advanced Materials发表医工交叉介入微机器人系统设计研究

近日，我院机器人系王乾乾教授团队与中国科学院院士、附属中大医院滕皋军教授，附属中大医院芮云峰教授合作，在医工交叉介入微机器人系统设计方向取得重要进展，相关研究成果以《增强干细胞介导肌腱修复的磁控微机器人平台》（A Magnetic Robotic Platform for Enhanced Stem-Cell-Based Tendon Repair）为题，发表于国际顶刊Advanced Materials。该研究将磁驱控微机器人、动态磁场调控与干细胞治疗相结合，构建了介入微机器人平台，实现了对深部区域移植干细胞的精准空间定位与命运调控，为多场景肌腱修复提供了新的研究方案。

图1.面向多场景肌腱疾病的干细胞精准调控磁控机器人平台示意图

干细胞移植是组织再生修复的重要策略，但移植细胞在体内的精准递送、存活及后续功能调控仍面临挑战。尤其对于深部肌腱损伤，如何实现移植细胞的精准定位及有效干预，是提高干细胞治疗效果亟待解决的关键问题。前期，相关团队在介入医学工程国家医学攻关产教融合创新平台、江苏省精准医学装备设计与制造重点实验室和东南大学附属中大医院开展研究，探索干细胞靶向递送与调控的临床转化路径(Nano-micro Lett. 2024,16; Stem Cell Res. Ther. 2025,16; Stem Cell Rev. Rep. 2026, 22)并开发医工交叉磁控机器人系统(Nat. Mach. Intell. 2026; Sci. Robot., 2024, 9, eadh1978)。

针对上述问题，研究团队融合三维磁共振成像、视觉识别、机器人智能规控规划、以及电磁场控制等技术，构建了影像引导的磁控机器人平台。该平台通过整合深部组织影像与实时视觉定位，实现对肌腱损伤区域的空间识别、自动路径规划及靶向磁场输出，并具备动态追踪能力。进一步通过人体尺度模拟实验，验证了不同肌腱损伤场景下实施精准磁场干预的可行性，为深部组织损伤的智能化、精准化治疗提供了新的技术路径。

图2.磁控微介入机器人平台设计：三维成像驱动的损伤空间定位与实时精准磁刺激

探究不同强度PEMF调控干细胞命运的分子机制是促进磁机器人平台临床转化的关键证据。研究团队进一步发现，不同强度的脉冲电磁场（PEMF）能够差异化调控间充质干细胞（MSCs）的生物学行为。基于此，团队创新性地提出基于磁场强度的序贯刺激策略，实现对移植干细胞增殖与分化过程的时序性调控。体内实验表明序贯磁场刺激联合干细胞移植能够促进损伤肌腱组织结构重建，减轻局部炎症反应，并显著改善患肢运动功能及肌腱生物力学性能。该方案为磁机器人赋能干细胞精准治疗及肌腱再生修复提供了新的研究思路，相关工作已依托我校“大医科”平台开展新型医工交叉机器人系统的搭建和转化工作。

机械工程学院王乾乾教授，附属中大医院滕皋军院士、芮云峰教授为论文共同通讯作者，机械工程学院博士生孙义敏，附属中大医院博士生曹牧珉、盛仁旺为共同第一作者。该论文得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.75562

供稿：王乾乾

审核：刘晓军