Πρόληψη εγκεφαλικού: Μικρορομπότ κολυμπούν στα αγγεία και διαλύουν θρόμβους αίματος [video]

Ενέσιμα μικρορομπότ μπορούν να καθοδηγηθούν μέσα από τα αιμοφόρα αγγεία, χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία, για να διασπάσουν επικίνδυνους θρόμβους αίματος.

Αυτή η τεχνολογία στοχεύει να προσφέρει μια ελάχιστα επεμβατική εναλλακτική λύση στις τρέχουσες θεραπείες για την θρόμβωση και θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο θα αντιμετωπίζονται μελλοντικά το εγκεφαλικό επεισόδιο και η εν τω βάθει φλεβική θρόμβωση.

Τι ανακάλυψε η νέα μελέτη;

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μικροσκοπικά, εύκαμπτα μικρορομπότ, αρκετά μικρά ώστε να κινούνται μέσα στα αιμοφόρα αγγεία, τα οποία μπορούν να ελέγχονται εξωτερικά με “περιστρεφόμενα” μαγνητικά πεδία. Μόλις καθοδηγηθούν σε έναν θρόμβο, τα μικρορομπότ παράγουν μηχανική δύναμη αρκετά ισχυρή ώστε να βοηθήσουν στη διάσπαση των μπλοκαρισμένων περιοχών χωρίς να καταστρέψουν τους περιβάλλοντες ιστούς.

Η μελέτη έδειξε επίσης ότι αυτά τα μικρορομπότ μπορούν να πλοηγηθούν με υψηλή ακρίβεια, ακόμη και μέσα από πολύπλοκες δομές αγγείων. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο Medical Robotics.

Αυτό το έργο αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην ιατρική ρομποτική, υποδηλώνοντας ότι φυσικές, μαγνητικά ελεγχόμενες συσκευές μπορούν να συμπληρώσουν ή μια μέρα να αντικαταστήσουν τα θρομβολυτικά φάρμακα.

Πώς ταξιδεύουν τα μικρορομπότ μέσα στα αιμοφόρα αγγεία

Για να κινούνται τα μικρορομπότ μέσα στην κυκλοφορία του αίματος, πρέπει να ξεπεράσουν την αντίσταση των υγρών και να πλοηγηθούν σε στενές, αγγειακές διακλαδώσεις. Οι ερευνητές σχεδίασαν τα ρομπότ χρησιμοποιώντας εύκαμπτες, νηματώδεις δομές ενσωματωμένες σε μαγνητικά νανοσωματίδια.

Χρησιμοποιώντας ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, η ερευνητική ομάδα οδήγησε με επιτυχία και ακρίβεια το μικρορομπότ με ταχύτητες έως και 20 χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο. Όταν εκτίθενται σε αυτό το μαγνητικό πεδίο από το εξωτερικό του σώματος, αυτές οι δομές μιμούνται την κίνηση μικροοργανισμών, όπως τα βακτήρια. Αυτό επιτρέπει στα μικρορομπότ να:

• Κολυμπούν τόσο ενάντια όσο και ακολουθώντας τη φυσική ροή του αίματος
• Περιστρέφονται, στρίβουν και αλλάζουν κατεύθυνση
• Γλιστρούν μέσα από στενά ή καμπυλωτά αγγεία
• Διατηρούν τον έλεγχο χωρίς να βασίζονται σε ενσωματωμένους κινητήρες ή πηγές ενέργειας

Αυτή η βιομιμητική συμπεριφορά κολύμβησης επιτρέπει στα μικρορομπότ να φτάνουν σε θρόμβους βαθιά μέσα στο αγγειακό σύστημα.

Πώς τα μικρορομπότ καταστρέφουν θρόμβους αίματος

Μόλις το ρομπότ φτάσει στην περιοχή-στόχο, η κίνησή του παράγει τοπικές μηχανικές δυνάμεις ικανές να διαταράξουν τη δομή του θρόμβου. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί:

• Μηχανική ανάδευση για τη διάσπαση των δικτύων ινώδους
• Επαναλαμβανόμενη επαφή και διάτμηση για τη χαλάρωση της επιφάνειας του θρόμβου
• Ακριβή στόχευση για συγκέντρωση δύναμης, όπου χρειάζεται
• Ελάχιστη παράπλευρη ζημιά στα γύρω τοιχώματα των αγγείων

Μετά από επιτυχημένες εργαστηριακές επιδείξεις, οι ερευνητές προχώρησαν σε κλινικές δοκιμές σε χοίρους. Στο 95% των δοκιμών, τα μικρορομπότ έφτασαν στον σωστό προορισμό. Η διαδικασία έδειξε επίσης πολλά υποσχόμενη δράση στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό ενός προβάτου, υποδεικνύοντας ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για πολλές άλλες ιατρικές εφαρμογές.

Επειδή τα μικρορομπότ δρουν μηχανικά, θα μπορούσαν μια μέρα να μειώσουν την εξάρτηση από θρομβολυτικά φάρμακα, τα οποία ενέχουν κίνδυνο αιμορραγικών επιπλοκών.

Η σημασία για τα εγκεφαλικά επεισόδια και άλλες αγγειακές επείγουσες καταστάσεις

Τα συμβάντα που σχετίζονται με θρόμβους αίματος, όπως τα εγκεφαλικά επεισόδια, οι πνευμονικές εμβολές και η εν τω βάθει φλεβική θρόμβωση, απαιτούν ταχεία θεραπεία. Οι τρέχουσες θεραπείες περιλαμβάνουν θρομβολυτικά φάρμακα ή επεμβάσεις με καθετήρα, τα οποία και τα δύο ενέχουν κινδύνους και μπορεί να μην φτάνουν πάντα σε κάθε μέρος ενός αγγείου.

Η θεραπεία με τα μικρορομπότ θα μπορούσε να προσφέρει πολλά μελλοντικά πλεονεκτήματα:

• Στοχευμένη αφαίρεση θρόμβου ακόμη και σε δυσπρόσιτα αγγεία
• Χαμηλότερος κίνδυνος αιμορραγίας σε σύγκριση με τη θεραπεία με υψηλές δόσεις φαρμάκων
• Ταχύτερη μηχανική διάσπαση των αποφράξεων
• Ελάχιστα επεμβατική πρόσβαση σε σύγκριση με τη χειρουργική θρομβεκτομή

Ποιες δυσκολίες παραμένουν πριν από την κλινική χρήση

Παρά τα πολλά υποσχόμενα ευρήματα, πρέπει να αντιμετωπιστούν αρκετοί περιορισμοί:

• Τα τρέχοντα σχέδια δοκιμάστηκαν σε εργαστηριακό περιβάλλον, όχι ακόμη σε ζωντανούς ανθρώπους.
• Η ροή του αίματος σε πραγματικά αγγεία είναι ταχύτερη και πιο ταραγμένη (στροβιλισμοί, μικρο-δίνες) από τα ελεγχόμενα πειραματικά περιβάλλοντα.
• Πρέπει να διασφαλιστεί η ασφαλής ανάκτηση, βιοδιάσπαση ή αποβολή των μικρορομπότ.
• Η παρακολούθηση της θέσης τους σε πραγματικό χρόνο μέσα στο σώμα παραμένει μια σημαντική μηχανική πρόκληση.
• Πρέπει να αποδειχθεί η συνέπεια και η αξιοπιστία της κατασκευής σε μεγάλη κλίμακα.
• Απαιτείται περαιτέρω έρευνα, για να διασφαλιστεί η ασφάλεια, ο έλεγχος και η μακροπρόθεσμη συμβατότητα με τους ανθρώπινους ιστούς.

Συχνές Ερωτήσεις

Είναι ασφαλή τα μικρορομπότ για ένεση;

Η ασφάλεια δεν έχει ακόμη αποδειχθεί στους ανθρώπους. Απαιτούνται περισσότερες δοκιμές.

Μπορούν να φτάσουν σε πολύ μικρά αιμοφόρα αγγεία;

Δυνητικά, ναι. Ο σχεδιασμός των μικρορομπότ στοχεύει στην πλοήγηση σε στενές, διακλαδώσεις, αλλά οι δοκιμές σε ανθρώπους θα καθορίσουν αυτά τα όρια.

Θα μπορούσε αυτή η τεχνολογία να βοηθήσει ασθενείς με εγκεφαλικό επεισόδιο;

Πιθανώς στο μέλλον ναι, αλλά θα απαιτηθούν εκτεταμένες δοκιμές πριν χρησιμοποιηθεί αυτή η τεχνολογία στο πρωτόκολλο επείγουσας φροντίδας εγκεφαλικού επεισοδίου.

Συμπέρασμα

Η ανάπτυξη μαγνητικά καθοδηγούμενων μικρορομπότ ικανών να κολυμπούν μέσα στα αιμοφόρα αγγεία και να διασπούν μηχανικά θρόμβους σηματοδοτεί μια συναρπαστική πρόοδο στην ιατρική ρομποτική. Αν και βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, αυτή η έρευνα υποδηλώνει ότι οι μελλοντικές θεραπείες για το εγκεφαλικό επεισόδιο και τους θρόμβους θα μπορούσαν να γίνουν πιο στοχευμένες, πιο ακριβείς και λιγότερο εξαρτώμενες από θεραπείες που βασίζονται σε φάρμακα.

Πηγές:

ethz.ch
popsci.com
scientificamerican.com
ieee.org