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神经疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病等）的治疗长期面临血脑屏障难以穿透、病灶定位不精准、能量代谢失衡等挑战。传统药物递送系统依赖被动扩散，效率低且副作用多。近年来，微纳机器人作为一种新型主动式药物递送与调控平台，展现出跨越生理屏障、精准递送药物、甚至调控细胞能量代谢的潜力。哈尔滨工业大学贺强教授团队系统总结了微纳机器人在神经疾病治疗中的最新进展，重点探讨了其在靶向递送、代谢调控、干细胞分化及蛋白清除等方面的应用前景，并展望了其临床转化所面临的挑战与未来方向。相关研究发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI：10.1002/anie.202519696）。哈尔滨工业大学医学与健康学院彭少华为论文第一作者，毛梦副研究员和贺强教授为论文通讯作者。
背景介绍
神经疾病发病机制复杂，常伴随线粒体功能障碍、ATP耗竭、氧化应激增强等能量代谢异常。传统治疗方法如药物治疗、手术、物理疗法等，难以实现精准、可控、长效的干预。尤其是血脑屏障的存在，严重限制了药物进入中枢神经系统。纳米材料虽能改善药物稳定性与靶向性，但其被动扩散机制在复杂的神经微环境中效率有限。相比之下，微纳机器人具备自主运动、精准导航、多功能集成等优势，可在外部场（如磁场、超声）或化学梯度驱动下，主动穿越屏障，实现对病灶的精准干预。
本文亮点
1）从“被动扩散”到“主动导航”：传统纳米药物依赖被动扩散，效率低且不可控。微纳机器人则能通过化学动力、磁场、超声等多种方式自主运动、精准导航，主动穿越复杂的体内环境（尤其是血脑屏障），实现从血管、组织到细胞器的跨尺度靶向递送，极大提升了治疗的精准度和效率。
2）从“单纯送药”到“代谢调控”：文章突破性地强调了恢复神经元能量代谢这一核心治疗策略。特别介绍了“能量代谢调控型”微纳机器人（如光驱动ATP机器人），它们能在病灶区原位生成ATP，直接为“电力不足”的神经元“充电”，从根源上干预疾病进程，实现了从“对症”到“对因”的治疗理念升级。
3）从“单一功能”到“集成诊疗”：微纳机器人是一个多功能集成平台。它不仅用于递送药物，还能同时承担高清成像（作为造影剂，实现病灶实时追踪）、促进再生（通过电刺激等技术诱导神经干细胞分化，修复神经）和清除病源（识别并降解Aβ、Tau等异常蛋白）等作用，这展现了其“诊疗一体化”的巨大潜力。
图文解析
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
神经系统疾病涵盖了影响中枢和外周神经系统的多种病症，其病理机制复杂，包括蛋白质错误折、能量代谢失调以及神经炎症等等。目前，由于神经疾病复杂的病理机制，包括不可逆的神经元损伤和动态的疾病进展模式，其治疗面临巨大挑战。传统临床策略，如药物治疗、外科手术和物理康复，都遇到了诸多障碍，比如血脑屏障（BBB）穿透不足、病变定位不精确以及侵入性操作带来的风险。这些因素凸显了开发创新技术以克服治疗局限性的迫切需求。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
纳米材料凭借可调控的尺寸与表面特性，在神经疾病治疗中展现出靶向递送、可控释药及跨血脑屏障转运的潜力。其在改善药代动力学、提升病变区域靶向性、实现诊疗一体化方面具有明确价值，同时能够支持神经再生与能量代谢调节。然而，传统纳米材料依赖被动扩散与外部刺激，难以在复杂病理微环境中实现精准可控的递送，这凸显了开发具备自主响应能力的下一代纳米系统的迫切需求。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
微/纳米机器人凭借其多元推进机制（包括化学、物理及生物驱动方式）和可控运动能力，成为神经疾病治疗的新兴方向。不同推进机制适用于不同递送场景：磁性驱动穿透力强，适用于血管内引导与深部组织干预；超声驱动能可逆开放血脑屏障，推动机器人穿过血管壁；趋化推进使机器人能感知化学梯度，在复杂微环境中自主调整路径，精准聚集于目标病变部位。通过结合功能化设计，微/纳米机器人不仅能主动穿越生物屏障，提高药物递送准确性，还可集成诊断、成像与治疗等多种功能，展现出高精度、良好生物相容性和多功能集成潜力，为精准医疗和微创神经治疗提供了重要工具。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
载药微/纳米机器人为神经疾病药物递送提供了一种分层、跨尺度的解决方案。在全身给药后，它们能稳定存在于血液循环中，并通过配体识别或外部场作用，在脑血管处实现精准的器官级靶向。自驱动能力使其能够高效穿越复杂血管环境，准确到达目标脑区。为跨越血脑屏障，微/纳米机器人可以采用多种策略，包括受体介导的转运、免疫细胞携载，以及借助聚焦超声、磁场或近红外辐射对血脑屏障进行可逆、短暂开放。这些方法在增强微/纳米机器人入脑能力的同时，保持了屏障完整性并降低脱靶风险。进入脑实质后，机器人可进一步通过配体-受体介导的内吞作用进入神经元。主动推进提升了细胞摄取效率，而趋化性与分子识别则引导其精准定位至线粒体等病变相关细胞器。在此基础上，刺激响应释放机制可实现药物在亚细胞水平的精准递送，从而提升疗效并减少全身毒性。这一从循环系统到亚细胞结构的级联递送过程，标志着从被动纳米载体向自主、自适应治疗系统的转变，为神经退行性疾病的精准纳米医学治疗提供了新思路。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
能量失衡是神经退行性疾病的核心病理机制之一。以阿尔茨海默病为例，线粒体功能障碍导致ATP持续耗竭，进而引发突触功能丧失、氧化应激与神经炎症，形成神经元进行性退化的恶性循环。这促使治疗策略从症状管理转向针对能量代谢缺陷的疾病修正。微/纳米机器人为恢复细胞能量稳态提供了新思路。例如，基于光磷酸化的Janus纳米机器人通过不对称整合类囊体囊泡和FoF1-ATP酶，可在光照下原位生成ATP，并自主趋移至缺血区域，实现局部能量补充与组织修复。该设计将能量生成与主动导航相结合，突破了传统被动补充的局限。未来，这类能量代谢调控型微/纳米机器人有望应用于神经退行性疾病治疗。通过整合血脑屏障穿透策略及对氧化应激或炎症信号的响应模块，系统可实现病变部位的特异性定位与需求驱动式ATP供给，从而稳定突触功能、支持轴突运输并打破能量衰竭与神经退行之间的恶性循环。进一步结合神经保护剂或抗氧化机制，还能实现对能量失衡、氧化应激及蛋白质异常聚集的多靶点干预。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
微/纳米机器人在高分辨率成像、神经干细胞分化调控及病理蛋白清除等多个关键领域同样有这应用。通过主动导航至特定脑区，它们克服了传统成像局限，实现了病变部位的精准诊断与动态监测；借助磁电、压电或电化学机制，可对神经干细胞施加可控电刺激，引导其定向分化以促进神经元再生；机器人还能识别并降解Aβ等病理蛋白，直接干预疾病核心机制。
面对神经退行性疾病治疗中病理机制复杂、生理屏障顽固及神经元修复困难等根本性挑战，微/纳米机器人凭借其主动推进与多功能集成能力，为突破传统疗法局限提供了新途径。它们能通过化学反应、磁场导航等方式主动穿透屏障，靶向病变区域，实现精准药物递送、可控电刺激及能量代谢调节，从而在干预疾病进程的同时促进神经修复。未来研究应聚焦于开发智能响应系统以提升自主性，深化代谢调控机制研究，并着力解决生物安全性、规模化生产及监管框架等临床转化关键问题，最终推动神经退行性疾病治疗从症状缓解转向组织修复的新阶段。
论文信息
Engineering Autonomous Micro-/Nanorobots for Neurological Diseases: From Barrier Crossing to Neuroenergetic Restoration
Shaohua Peng, Meng Mao,* and Qiang He*
Angew. Chem. Int. Ed. 2025 https:///10.1002/anie.202519696