Οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξειςανοίγουν τον δρόμο για ιατρικές συσκευές που μπορούν να κινούνται με ασφάλεια μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Ορισμένα από αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να συμβάλουν στην απλοποίηση πολύπλοκων ιατρικών διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένων των λεπτών χειρουργικών επεμβάσεων και της στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων σε συγκεκριμένα σημεία.
Το εργαστήριο MINIMAX στο Πανεπιστήμιο του Τέξας (UT) ειδικεύεται στην ανάπτυξη μικροσκοπικών ρομπότ για ιατρικές, περιβαλλοντικές και άλλες εφαρμογές. Σε μια πρόσφατη μελέτη που προδημοσιεύθηκε στο arXiv, ερευνητές του εργαστηρίου παρουσίασαν μια τρισδιάστατα εκτυπωμένη ρομποτική κάψουλα που θα μπορούσε ενδεχομένως να βοηθήσει στη διάγνωση και θεραπεία ορισμένων γαστρεντερικών παθήσεων με λιγότερο επεμβατικό τρόπο.
Επικεφαλής του έργου ήταν ο Φανγκτζού Σιά, του οποίου η προσωπική εμπειρία με επαναλαμβανόμενες ενδοσκοπήσεις αποτέλεσε το κίνητρο για την έρευνα. Μετά από σοβαρές επιπλοκές λόγω χολόλιθων (πέτρες στη χολή), που οδήγησαν σε πολλαπλές επεμβάσεις και τελικά σε αφαίρεση της χοληδόχου κύστης, ο ερευνητής συνειδητοποίησε πόσο επεμβατική μπορεί να είναι η ενδοσκόπηση. Έτσι άρχισε να αναπτύσσει ρομπότ-κάψουλες που μπορούν να καταποθούν και οι οποίες θα μπορούσαν να καθοδηγούνται εξωτερικά χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία, μειώνοντας ενδεχομένως την εξάρτηση από τα συμβατικά ενδοσκοπικά εργαλεία.
Σε συνεργασία με τον καθηγητή Τζιοβάνι Τραβέρσο στο ΜΙΤ, ο Σιά επικεντρώθηκε στη μαγνητική πλοήγηση καψουλών μέσα στο στομάχι.
«Στη μελέτη μας, εστιάσαμε στη μαγνητική πλοήγηση ενός ρομπότ-κάψουλα στο γαστρεντερικό σωλήνα, ιδιαίτερα στην περιοχή του στομάχου» εξήγησε ο ερευνητής.
Ο κύριος στόχος της πρόσφατης μελέτης ήταν να αξιολογηθούν οι διαφορετικές μέθοδοι ενεργοποίησης του ρομπότ ώστε να μπορεί να ολοκληρώνει διαφορετικές εργασίες μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Αντί να τοποθετήσουν έναν ογκώδη μόνιμο μαγνήτη στο εσωτερικό της κάψουλας, οι ερευνητές επένδυσαν το εξωτερικό της κέλυφος με ένα μαλακό μαγνητικό σύνθετο υλικό από σωματίδια NdFeB ενσωματωμένα σε σιλικόνη. Κατά τη διάρκεια της 3D εκτύπωσης, έλεγξαν την κατεύθυνση μαγνήτισης ώστε να δημιουργήσουν ένα ανισοτροπικό μαγνητικό κέλυφος με συγκεκριμένο μοτίβο.
Η προσεκτικά σχεδιασμένη αυτή μαγνητική κατανομή δημιουργεί μια ισχυρή και σαφώς καθορισμένη μαγνητική ροπή, η οποία ευθυγραμμίζεται φυσικά με περιστρεφόμενα εξωτερικά μαγνητικά πεδία. Έτσι, η κάψουλα μπορεί να κινείται αμφίδρομα, να στρίβει ομαλά και να παραμένει σταθερή ακόμη και σε επικλινείς ή τραχιές επιφάνειες, χωρίς την ανάγκη πολύπλοκων αλγορίθμων ελέγχου. Η απουσία εσωτερικών μαγνητών αφήνει ελεύθερο χώρο για την ενσωμάτωση καμερών, αισθητήρων, δεξαμενών φαρμάκων ή εργαλείων βιοψίας.
Μελλοντικές εφαρμογές
Προσομοιώσεις με το ANSYS Maxwell 3D έδειξαν ότι το βελτιστοποιημένο μοτίβο μαγνήτισης προσφέρει μεγαλύτερη σταθερότητα σε σύγκριση με συμβατικές, ομοιόμορφα μαγνητισμένες κάψουλες, οι οποίες είναι πιο επιρρεπείς σε ταλαντώσεις και απορρύθμιση.
Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν ενδοσκόπηση με ενεργή πλοήγηση, στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και ενδοσωματική παρακολούθηση φυσιολογικών σημάτων. Επειδή η ενεργοποίηση είναι ασύρματη και βασίζεται σε κλινικά αποδεκτές εντάσεις μαγνητικού πεδίου, η πλατφόρμα προσφέρει μια κλιμακούμενη λύση για μια ελεγχόμενη ρομποτική κάψουλα με δυνατότητα μεταφοράς ωφέλιμου φορτίου.
Ωστόσο, πριν από την κλινική εφαρμογή, απαιτείται επιβεβαίωση της βιοσυμβατότητας και της ασφάλειας του ρομπότ σε προκλινικά και ζωικά μοντέλα. Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί στη βελτίωση της μαγνητικής πλοήγησης, στην ενσωμάτωση μικροσκοπικών ηλεκτρονικών συστημάτων και στη διεύρυνση των θεραπευτικών δυνατοτήτων.
Πηγή: Medicalxpress
