Milirobotii ghidați magnetic livrează medicamente direct la inimile care bat
Inginerii de la Universitatea Johns Hopkins au dezvoltat roboți de dimensiunea unei vârfuri de creion, destinați să călătorească prin organism pentru a livra medicamente către infecții din interiorul unei inimi care bate.
Acești roboți, concepuți pentru a înlocui intervențiile chirurgicale pe cord deschis riscante și terapia intravenoasă ineficientă pentru tratarea infecțiilor cardiace care pun viața în pericol, ar putea fi folosiți și pentru a trata mai puțin invaziv și mai precis alte boli greu accesibile, cum ar fi cancerul.
„Cu doar o mică înțepătură, introduci un micro robot și efectuezi o procedură fără infecție sau pierdere de sânge. Și nu este nevoie să ai un chirurg care să-l opereze pentru a aduce medicamentele în mod robust, sigur și eficient la locul dorit”, a declarat Axel Krieger, un roboticist medical cunoscut pentru crearea roboților care efectuează intervenții chirurgicale fără ajutor uman. „Există multe domenii dincolo de infecțiile cardiace unde acest tip de terapie cu medicamente țintite și acești roboți manevrabili ar putea juca un rol major. Este într-adevăr frontiera roboticii chirurgicale.”
Acest studiu a fost publicat recent în Advanced Material Technologies.
În fiecare an, aproximativ 50.000 de oameni din Statele Unite contractează endocardită, o infecție a țesutului cardiac. Tratamentul tipic constă într-un curs de antibiotice intravenoase care durează săptămâni, dar adesea eșuează deoarece medicamentele sunt prea diluate până ajung la inimă. Medicii au, atunci, două opțiuni riscante: să prescrie doze mai mari de antibiotice, care pot fi toxice, sau să recurgă la o intervenție chirurgicală pe cord deschis extrem de riscantă.
Pentru a aduce medicamentele direct la țesutul cardiac infectat, echipa a dezvoltat roboți alimentați magnetic, denumiți „milirobot”, datorită dimensiunii lor, având lățimea unei vârfuri de creion sau a capului unei chibrite, și o lungime aproximativă de un bob de orez.
Roboții funcționează în perechi. Unul dintre ei este denumit modul ac, care se atașează ușor de țesutul cardiac chiar la locul infectat. Acolo, acesta servește ca o stație de andocare, așteptând modulul de medicamente. Modulul de medicamente transportă medicamentele până la stația de andocare, unde se andochează magnetic și eliberează lent antibioticele exact acolo unde sunt cele mai necesare.
Ambele roboți sunt magnetici și sunt ghidați wireless de un sistem extern de bobine electromagnetice, care funcționează similar cu un aparat de rezonanță magnetică.
A avea doi roboți mici în locul unuia mai mare permite dispozitivului să ajungă în locuri strâmte din organism. Acul poate rămâne andocat în timp ce modulul de medicamente este înlocuit, permițând administrarea repetată a medicamentelor, dacă este necesar.
Ghidarea magnetică este interesantă deoarece nu trebuie să alimentezi robotul în sine. Acesta nu poartă baterii și motoare. Medicamentele pot fi livrate în siguranță, cu tehnologia gradientelor și câmpurilor dintr-un aparat de rezonanță magnetică. Dar, în loc să fie folosit pentru imagistică, este utilizat pentru a conduce milirobotii.”
Echipa de cercetare a testat cu succes roboții pe modele de inimă fantomă care imită îndeaproape o inimă umană și pe țesut cardiac porcin real. Roboții s-au deplasat lin și autonom, chiar și împotriva unui flux de sânge simulat.
„Putem pur și simplu să injectăm un robot cu o mică pastilă în venă, unde acesta călătorește către locul exact unde trebuie să livrăm medicamentele, și este minim invaziv”, a spus Anuruddha Bhattacharjee, un fost student postdoctoral la Johns Hopkins, care este acum profesor asistent la Universitatea din Alabama, Birmingham.
Pe lângă eliminarea necesității unei intervenții chirurgicale pe cord deschis, tratamentul medicamentos cu ajutorul roboților ar putea dura ore în loc de săptămâni.
„De obicei, dacă efectuezi tratament cu medicamente intravenoase, ai nevoie de patru până la șase săptămâni de terapie. Dar cu acești roboți, întreaga procedură ar putea dura 10 minute — poate o oră dacă vrei să efectuezi câteva runde,” a adăugat Bhattacharjee. „Dacă totul decurge bine, treci de la patru până la șase săptămâni de tratament la o zi sau mai puțin.”
Echipa consideră, de asemenea, că roboții ar fi utili pentru livrarea medicamentelor țintite în lupta împotriva cancerului, acolo unde acesta se răspândește.
Următorul pas pentru cercetători este testarea roboților în condiții de inimă fantomă mai realiste, cu contracții musculare și mișcarea bătăilor unei inimi reale.
