Dodano: 02 wrzesień 2019r.

Robot zdolny do przemieszczania się po mózgu

Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali robota w kształcie nici, który jest wystarczająco mały, by pracować w wąskich przestrzeniach, takich jak układ naczyniowy ludzkiego mózgu. Tego typu technologia może być zastosowana do usuwania zatorów u pacjentów z udarem lub urazem mózgu.

Robot zdolny do przemieszczania się po mózgu

 

Robot w kształcie nici jest sterowany za pomocą pola magnetycznego. Jest bardzo mały - ma mniej niż 0,6 milimetra średnicy, co pozwala mu na manewrowanie w wąskich, krętych naczyniach krwionośnych, takich jak te znajdujące się w ludzkim mózgu. Zbudowany został ze stopu niklu i tytanu, w którym osadzono małe cząstki magnetyczne potrzebne do nawigacji robotem.

W przyszłości ta zrobotyzowana nić w połączeniu z innymi technologiami może umożliwić lekarzom manewrowanie robotem przez naczynia krwionośne mózgu w celu usunięcia zatorów, które występują w udarach mózgu.

 

Wyniki badań nad robotyczną nicią ukazały się na łamach pisma „Science Robotics”.

- Udar jest jedną z najczęstszych przyczyn śmierci i niepełnosprawności w Stanach Zjednoczonych. Jeśli udałby się leczyć udar w ciągu około 90 minut, wskaźniki przeżycia pacjentów mogłyby znacznie wzrosnąć - powiedział Xuanhe Zhao z MIT. - Gdybyśmy mieli do dyspozycji urządzenie zdolne do usunięcia blokady naczyń krwionośnych w ciągu tej „złotej godziny”, moglibyśmy potencjalnie uniknąć trwałego uszkodzenia mózgu – wyjaśnił.

Aby usunąć skrzepy krwi w mózgu, lekarze wykonują minimalnie inwazyjny zabieg chirurgiczny, w którym chirurg wprowadza - najczęściej przez tętnicę udową – cienki drut. Prowadzony przez fluoroskop, który jednocześnie obrazuje naczynia krwionośne za pomocą promieni rentgenowskich, chirurg dociera do uszkodzonego miejsca. Następnie uwalnia leki rozpuszczające skrzep lub go usuwa.

Jak wskazał Yoonho Kim, współautor publikacji, procedura ta jest trudna, wymaga specjalnie przeszkolonych chirurgów i jest długotrwała. Chirurg musi ręcznie sterować urządzeniem, jest narażony na dawki promieniowania, a dodatkowo urządzenie jest pokryte materiałem, który potencjalnie może powodować tarcia i uszkadzać wyściółkę naczyń krwionośnych.

Badacze z MIT wzięli sobie na cel usprawnienie podobnych metod. Wykorzystali do tego zdobytą w ostatnich latach wiedzę na temat hydrożeli – materiałów biokompatybilnych wykonanych głównie z wody - jak i materiałów tworzonych przy pomocy technologii druku 3D, którymi można sterować za pomocą pola magnetycznego.

W wyniku prac powstał robot w kształcie nici pokryty hydrożelem, który w trakcie testów wyjątkowo dobrze poradził sobie z manewrowaniem w dokładnym modelu naczyń krwionośnych w mózgu w skali 1:1. Silikonowy model powstał na podstawie skanów tomografii komputerowej mózgów pacjentów, wraz ze skrzepami i tętniakami. Naczynia w modelu zostały wypełnione płynem symulującym lepkość krwi.

Rdzeń zrobotyzowanej nici jest wykonany ze stopu niklu i tytanu, który jest zarówno giętki, jak i sprężysty. Robot pokryty został specjalną pastą, w której osadzono cząsteczki magnetyczne. Na całość nałożono także hydrożel, który zapewnia urządzeniu gładką, pozbawioną tarcia, biokompatybilną powierzchnię. To ta warstwa hydrożelu zapewnia robotowi przewagę umożliwiając manewrowanie w ciasnych przestrzeniach z minimalnym ryzykiem utknięcia.

Kim przyznał, że zrobotyzowaną nić można przerobić na kilka sposobów, co oznacza, że ​​może ona pełnić różne funkcje - na przykład dostarczać leki zmniejszające krzepnięcie lub rozbijać skrzep za pomocą światła laserowego. Aby zademonstrować to drugie, zespół zastąpił rdzeń nici włóknem światłowodowym. W testach udało się sterować robotem i aktywować laser.

- Jednym z wyzwań w chirurgii było poruszanie się przez skomplikowany system naczyń krwionośnych w mózgu, które mają bardzo małą średnicę i do których cewniki komercyjne nie mogą dotrzeć – wyjaśnił Kyujin Cho z Uniwersytetu Narodowego w Seulu. - Badania wykazały potencjał pokonania tego wyzwania i umożliwienia procedur chirurgicznych w mózgu bez otwartej operacji – dodał.

W najbliższej przyszłości zespół planuje przeprowadzić testy na żywych zwierzętach.

 

Źródło i fot.: MIT