《Bioengineering & Translational Medicine》：How microrobots should be translated: A clinical and value-centered readiness framework
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这篇综述提出了微米/纳米机器人技术就绪水平（mTRL）框架，旨在弥合前沿实验室研究与成功临床整合之间的鸿沟。文章强调，该领域的长期影响力取决于将技术开发与明确的未满足临床需求（Unmet Clinical Need）对齐，并系统性地证明其在现有临床工作流程中的可行性、价值（Value-Centered Design）和整合潜力。mTRL框架通过定义清晰的里程碑和阶段性活动，为多学科合作提供了结构化指南，以加速这类新型、更安全、更高效干预手段的转化进程。
微米/纳米机器人如何实现临床转化：一个以临床和价值为中心的转化准备度框架
1 引言
机器人手术曾被视为天方夜谭，如今已重塑微创医疗格局。以直觉外科的达芬奇系统为例，其全球广泛应用证明了机器人技术在提升手术精度、减少组织创伤和加速康复方面的巨大潜力。然而，传统系留机器人器械在抵达细小、曲折或极度脆弱的解剖区域（如远端血管、胆道、颅内目标）时，仍面临显著挑战。长距离柔性器械传递力时产生的摩擦、迟滞和非线性机械耦合会降低操作精度，甚至在脆弱环境中引发组织损伤。
这些局限性催生了对象征性（Box 1）无系留微米/纳米机器人的广泛兴趣。这些微型移动设备可直接在目标部位操作，而非依赖长机械链路，从而能以更小的医源性创伤导航复杂解剖结构，为抵达微小或脆弱区域提供了根本性的新策略。过去三十年间，在驱动、运动、材料和控制方面的进展催生了（Box 2）工具箱的丰富，涌现出大量刚性和软体/可变形机器人设计、从游动到滚动的多种运动模式，以及包括生物传感、载物递送、组织活检和群体集群行为在内的多种功能。尽管创意纷呈，但从实验室研究到临床应用的过渡依然缓慢、零散且不成熟。大多数演示仍是在严格控制的学术实验室环境下进行的概念验证，缺乏在真实医疗场景中部署的可行性。
本文认为，有效转化需要从一开始就采用（Box 3）价值导向设计，将微米/纳米机器人的开发基于（Box 4）未满足的临床需求、实际可行性与临床工作流程的无缝整合。为了结构化这一过程，我们引入了微米/纳米机器人技术就绪水平（mTRL）框架，通过明确的里程碑和阶段性活动，规划系统从概念到临床应用的开发路径。
2 转化停滞的原因：创新与实施的鸿沟
小尺度机器人领域仍处于创新生命周期的“流动”阶段，以快速的设计迭代和概念突破为特征。然而，这种阶段往往以可靠性、可重复性和可扩展性为代价。学术界的奖励机制更倾向于高发表量和新颖性，而非耐久性、系统级整合或临床可行性。这导致许多声称具有临床潜力的研究，并未与现有标准进行充分比较，未满足的临床需求定义模糊，安全性、有效性以及与标准护理的对比测试缺失。关键的系统级要求，如可扩展制造、生物相容性、无菌性、可重复性和工作流兼容性，很少得到验证。领域内专业子领域（材料、驱动、成像、制造）的碎片化加深了技术专长，却忽视了整个转化路径的整合。其结果是，实验室概念与临床可实施解决方案之间存在持续鸿沟，许多微米/纳米机器人技术精湛却“偏离靶心”——为可行性研究过度设计，却对患者护理的实际现实准备不足。
3 价值导向设计
医疗设备及其适应症的开发受到严格监管，因此转化型小尺度机器人必须考虑到监管要求进行构思和评估。微米/纳米机器人的成功转化始于明确定义的未满足临床需求和一个优先考虑可证明患者价值的框架。仅凭技术卓越并不能保证被采纳；成功需要一个系统级的规划，预见解剖、生理和程序限制，规划监管路径，并与报销及更广泛的医疗经济学对齐。早期与临床医生（包括医师、护士和技术人员）进行迭代共同开发，对于塑造适应症、工作流整合、培训要求和长期结局至关重要。
因此，微米/纳米机器人系统中的每个设计选择都必须服务于临床相关功能，有助于护理的安全性和有效性。机器人尺寸、驱动方法和成像兼容性必须反映目标解剖结构，同时确保安全部署、回收和操作者友好性。在实践中，灭菌、可重复性和符合医院标准等障碍对决定采纳起着最关键作用。改变既定的临床工作流程需要多年的累积证据。经验表明，创新越复杂，在医疗环境中被采纳、推广和持续应用的可能性就越低。
特定微米/纳米机器人系统的进展也将以标准护理为基准进行评估。监管机构通常要求提供证据，证明其相对于现有诊断或疗法至少具有非劣效性，理想情况下应具有优效性。证明可信的改进对于市场授权、临床医生采纳乃至支付方报销都至关重要。实现这一目标需要利用临床前疾病模型建立可重复验证的可行性并证明临床价值，具备监管前瞻性、可扩展的制造能力以及系统级的完整性。
4 微米/纳米机器人的技术就绪水平框架
技术就绪水平（TRL）量表广泛应用于航空航天、汽车和能源领域，以评估技术成熟度。小尺度机器人领域将极大受益于一个为其转化开发明确制定的TRL量表。除了医疗设备开发中常见的通用挑战外，无系留微米/纳米机器人还面临一系列根本性不同的转化依赖关系，例如：与临床成像室兼容的人体尺度远程驱动能力；体内鲁棒可视性、定位、跟踪和导航策略；针对预期使用环境量身定制的可靠部署、回收和应急机制；由在血液、粘液内衬或动态变形组织中操作的移动设备引起的独特毒性、血液相容性和免疫学考虑；以及在生理动态（如脉动流、血管痉挛、器官运动和组织顺应性变化）下的自主或半自主导航。这些领域特定的约束代表了转化瓶颈，是传统TRL系统或现有微/纳米机器人路线图未能系统捕捉的，这凸显了对mTRL等特定领域就绪框架的需求。
共享的、领域特定的标准也将改善跨学科研究团队、临床医生、可能不熟悉该新兴技术独特特征的监管机构以及关注微米/纳米机器人系统的投资者之间的沟通。我们的mTRL框架结合了两个互补的维度：技术成熟度——证明能力（如远程机器人驱动、控制、成像兼容性）在日益真实的环境中的表现；以及临床对齐度——证明这些能力能够通过满足定义的医疗场景（包括解剖通路、疾病适应症、程序约束和工作流整合）来创造临床价值。这种双轴评估超越了孤立的实验室性能，捕捉了真实世界的就绪度，从而降低了开发风险，并将投资引向具有最大转化潜力的应用。
mTRL将开发组织为包含九个就绪水平的四个临床里程碑阶段。mTRL1-4（里程碑A）侧重于识别未满足的临床需求并建立临床前可行性。mTRL5（里程碑B）是在大型动物疾病模型中证明临床价值的关键阶段。mTRL6-8（里程碑C）涵盖首次人体试验和临床验证，最终目标是监管批准。mTRL9（里程碑D）代表临床采纳和持续改进。
4.1 里程碑A (mTRL1-4)：识别未满足临床需求并建立临床前可行性
里程碑A代表了第一个转化检查点。它要求提出的微米/纳米机器人系统从概念生成（mTRL1）进展到在生理相关模型中演示可行性（mTRL4）。实现此里程碑需要迭代完善设计概念，仔细应对未满足的临床需求，并能在日益真实的条件下运行。
转化研究始于识别特定临床问题以及为解决该问题而开发的创新性微米/纳米机器人概念。在mTRL1，通过文献回顾、初步市场调研以及与临床医生、外科医生和其他医疗专业人员的深入讨论来实现这一目标，旨在理解医疗需求及当前解决方案的现状。具体目标是阐述一个基于医学的原理，证明微米/纳米机器人概念可能优于现有标准护理。
在mTRL2，愿景发展为系统级计划。定义替代设计、材料、驱动策略和控制方法，同时从一开始就纳入生理和解剖约束。早期的设计选择必须已经反映监管前瞻性和制造可扩展性，以支持最终的良好生产规范（GMP）可行性，因为下游更改可能成本高昂且阻碍转化。尽管原型制作仍在模型、离体组织或小动物中进行，但开发应日益趋近于模拟手术室环境的条件。
在mTRL3，受控的非生理性体外实验验证机器人作为完整系统可重复运行。迭代原型制作和优化确保所有组件无缝协作，而广泛的材料和机械表征为安全性和性能提供基线。在此定义导航精度、成像可视性、驱动鲁棒性和无毒性等终点，为后续临床前评估奠定基础。
在mTRL4，测试推进到生理相关模型、离体组织和
