Крошечные роботы плавают в вашей крови, чтобы бороться с инсультами.
Микророботы могут стать эффективным средством для разрушения опасных закупорок в кровеносных сосудах, вызывающих инсульты. Однако эти сферические роботы технически не являются автономными машинами. Они представляют собой крошечные шарики с магнитным управлением, наполненные жизненно важными лекарствами, а также небольшими количествами радиоактивного индикатора, помогающего врачам отслеживать их путь.
Существующие методы лечения
Современные методы лечения пациентов с инсультом часто включают инъекционные препараты, которые растворяют закупорку в кровеносном сосуде, называемую тромбом. Из-за обширности системы кровообращения процедура часто требует высокой дозы лекарства, чтобы гарантировать, что нужное количество достигнет целевой области. Это делает процедуру сама по себе рискованной, с возможными серьёзными побочными эффектами, включая внутреннее кровотечение.
Альтернативные стратегии
Исследователи в области робототехники из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) считают, что альтернативная стратегия уже на подходе. В исследовании, опубликованном в журнале Science, они разработали растворимую гелевую капсулу, наполненную достаточным количеством наночастиц оксида железа для придания ей магнитных свойств.
«Поскольку сосуды в головном мозге человека очень малы, существует ограничение на размер капсулы. Техническая задача состоит в том, чтобы убедиться, что такая маленькая капсула также обладает достаточными магнитными свойствами», — заявил исследователь в области робототехники и соавтор исследования Фабиан Ландерс.
Ландерс и его команда добавили наночастицы элемента тантала для рентгеновской трассировки. Потребовались годы, чтобы найти правильный баланс компонентов, но исследователи утверждают, что теперь у них есть магнитный микроробот, способный надёжно перемещаться по примерно 360 артериям и венам человеческого тела.
«Магнитные поля и градиенты идеально подходят для малоинвазивных процедур, поскольку они проникают глубоко в тело и — по крайней мере, при тех силах и частотах, которые мы используем — не оказывают вредного воздействия на организм», — пояснил соавтор исследования, специалист по микророботам Брэдли Нельсон.
Тестирование изобретения
Чтобы проверить своё изобретение, Ландерс и Нельсон сначала использовали катетер для введения микроробота в искусственные силиконовые модели кровеносных сосудов человека и животных. Специализированный катетер включает в себя внутренний проводник, связанный с полимерным захватом, который открывается для высвобождения микроробота. Однако это не так просто, как медленно направлять устройство с одной скоростью, пока оно не достигнет места назначения.
«Скорость кровотока в артериальной системе человека сильно варьируется в зависимости от местоположения. Это делает навигацию микроробота очень сложной», — сказал Нельсон.
Для навигации по всем артериальным областям в голове система управления использует три отдельные стратегии. Используя одно вращающееся магнитное поле, команда успешно и точно направляла микроробота со скоростью до 4 миллиметров в секунду.
В другой модели градиент смещающегося магнитного поля тянул устройство вдоль более сильного поля, даже против тока крови. В некоторых случаях микроробот достигал скорости 20 сантиметров в секунду.
«Удивительно, сколько крови протекает по нашим сосудам и с такой высокой скоростью», — сказал Ландерс. «Наша система навигации должна выдерживать всё это».
После успешных лабораторных демонстраций исследователи перешли к клиническим испытаниям на свиньях. В 95% тестовых сценариев микроробот доставлял лекарство от тромба в нужное место. Процедура также показала многообещающие результаты в спинномозговой жидкости овцы, что указывает на возможность её использования для многих других медицинских применений.
«Эта сложная анатомическая среда имеет огромный потенциал для дальнейших терапевтических вмешательств, поэтому мы были так взволнованы, что микроробот смог найти свой путь и в этой среде», — сказал Ландерс.