Un nou endoscop robotic moale inovator pentru examinarea intestinului subțire
Un dispozitiv robotic inovativ inspirat de mișcarea șerpilor ar putea ajuta gastroenterologii să diagnosticheze și să trateze bolile inflamatorii intestinale (IBD) și alte afecțiuni ale intestinului subțire, reducând în același timp traumele asupra țesuturilor delicate ale organului.
Dezvoltat parțial de Binbin Ying, Ph.D., profesor asistent în inginerie biomedicală și medicină internă în cadrul Diviziei de Digestie și Boli Hepatice la UT Southwestern Medical Center, prototipul robotului enteroscopic moale inspirat biologic (BIOSENTER) a navigat cu succes prin intestinul subțire în studii preclinice, demonstrând capacitatea de a efectua imagistică în timp real, biopsii de țesut și livrare localizată de fluide. Rezultatele au fost publicate în Science Robotics.
„Deși această tehnologie rămâne în stadiul incipient și preclinic, suntem încurajați de capacitatea sa de a naviga în anatomia intestinală provocatoare și de a efectua proceduri esențiale pentru diagnosticarea și tratarea bolii”, a declarat Dr. Ying, autor principal al studiului și membru al Programului de Chimie, Inginerie Biomedicală și Cercetare în Cancer la Harold C. Simmons Comprehensive Cancer Center. „Obiectivul nostru pe termen lung este de a dezvolta instrumente robotice care să ajute clinicienii să examineze intestinul subțire mai sigur și mai eficient.”
Intestinul subțire are aproximativ 6 metri lungime și este strâns pliat, cu o mucoasă alunecoasă, ceea ce îl face unul dintre cele mai dificile organe de accesat și navigat. Tehnologia BIOSENTER ar putea ajuta în viitor medicii care se ocupă de pacienți cu afecțiuni ce necesită examinarea sau tratarea profund în intestinul subțire, inclusiv sângerări gastrointestinale, boala Crohn și alte forme de IBD, precum și tumori.
În timpul pregătirii sale postdoctorale la Massachusetts Institute of Technology (MIT) și Brigham and Women’s Hospital, Dr. Ying a fost inspirat să îmbunătățească designul enteroscopului și a început colaborarea pe BIOSENTER. Când a venit la UT Southwestern în 2025, a adus cu el designul său robotic și a continuat să-l rafineze împreună cu colegii din Ying Lab.
Giovanni Traverso, M.D., Ph.D., profesor de inginerie mecanică la MIT și gastroenterolog la Brigham and Women’s Hospital, este autorul corespunzător al studiului. Mai mulți colaboratori de la MIT s-au alăturat lui Dr. Ying și Dr. Traverso în această cercetare.
Gastroenterologii utilizează în prezent enteroscoape cu baloane duble pentru a examina intestinul subțire, însă Dr. Ying a menționat că puțini medici sunt instruiți să efectueze această procedură. Deși sunt eficiente, aceste dispozitive sunt greu de operat, necesită o instruire amplă și prezintă riscuri potențiale. De asemenea, procedurile sunt consumatoare de timp, așa că doar câțiva pacienți pot fi examinați în fiecare zi.
Pentru a aborda aceste provocări, Dr. Ying și colegii săi au proiectat BIOSENTER, care combină mișcarea flexibilă, capacitatea de manevrare și structuri specializate de angajare a țesuturilor inspirate de pielea solzoasă a șerpilor și kirigami, arta japoneză a tăierii și plierii hârtiei în forme 3D. Dispozitivul conține un canal central care poate acomoda uneltele utilizate pentru imagistică, biopsie și livrarea agenților terapeutici.
BIOSENTER este un cilindru gol puțin mai lung de 9 cm. Pomparea aerului în camerele inflatable întărite cu Kevlar din centrul robotului îl elonga și îndoaie corpul într-un mod similar mușchilor și mișcărilor șerpilor. Membrele kirigami fabricate din poliimidă formează capul și coada robotului.
Când este extins prin aer, suprafețele aspre kirigami ancorează BIOSENTER în mucoasa alunecoasă și minimizează distensia în timp ce propulsează robotul prin intestinul subțire. Oamenii de știință folosesc un joystick pentru a naviga dispozitivul. În teste, designul a generat suficientă forță de ancorare pentru a sprijini propulsarea dispozitivului fără expansiunea extinsă necesară baloanelor convenționale.
Echipa a testat inițial BIOSENTER într-o structură realizată din țevi PVC transparente pentru a imita cotiturile intestinului subțire. În timpul celui mai recent trial preclinic, cercetătorii au reușit să trimită robotul prin 1,8 metri de intestin subțire în aproximativ 11 minute, desfășurând unelte de vizualizare, biopsie și livrare de fluide fără daune vizibile ale țesutului.
Membrilor din Ying Lab lucrează cu inteligența artificială pentru a optimiza structura kirigami și a îmbunătăți locomotiva. Dr. Ying consideră că, într-o zi, enteroscoapele care utilizează tehnologia BIOSENTER ar putea naviga autonom prin intestinul subțire al pacienților. Dacă cercetătorii reușesc să integreze capacitățile robotului în uneltele existente, pot reduce barierele de formare și îmbunătăți accesul la examenele și procedurile vitale ale intestinului subțire.
„Vor fi necesare dezvoltări ingineresti suplimentare și validări înainte de testarea pe oameni, inclusiv evaluarea performanței pe distanțe mai lungi, siguranța, utilizabilitatea și compararea directă cu enteroscopia cu balon dublu actuală”, a spus Dr. Ying. „În cele din urmă, dacă tehnologia se dezvoltă suficient, sperăm să evaluăm capacitățile sale robotice în medii clinice relevante și să determinăm modul în care ar putea completa procedurile endoscopice existente.”
