Magnetiske mikrobots viser løfte om behandling af aneurismer og hjernetumorer – Physics World

Magnetiske mikrobots viser løfte om behandling af aneurismer og hjernetumorer – Physics World

Tidsstempel: 14. marts 2024 kl. 6:00

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/magnetic-microbots-show-promise-for-treating-aneurysms-and-brain-tumours-physics-world.jpg" data-caption="Remote control Skematisk, der viser (øverste panel), hvordan mikrofiberbots kan forankre til et blodkar, navigere via skrueformet fremdrift, forlænges for at passere gennem smalle områder og samle sig for at blokere blodgennemstrømningen. Potentielle anvendelser (nederste panel) omfatter spoleembolisering af aneurismer og tumorer og selektiv partikelembolisering af tumorer. (Courtesy: Jianfeng Zang, HUST)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/magnetic-microbots-show-promise-for- behandling-aneurismer-og-hjernetumorer-physics-world.jpg”>Magnetiske bløde mikrofiberbots i et blodkar
Remote control Skematisk, der viser (øverste panel), hvordan mikrofiberbots kan forankre til et blodkar, navigere via skrueformet fremdrift, forlænges for at passere gennem smalle områder og samle sig for at blokere blodgennemstrømningen. Potentielle anvendelser (nederste panel) omfatter spoleembolisering af aneurismer og tumorer og selektiv partikelembolisering af tumorer. (Med høflighed: Jianfeng Zang, HUST)

Et team af forskere i Kina har udviklet nye "mikrofiberbots" med magnetisk spole og brugt dem til at embolisere arteriel blødning hos en kanin - hvilket baner vejen for en række kontrollerbare og mindre invasive behandlinger for aneurismer og hjernetumorer.

Når de forsøger at stoppe blødning i aneurismer eller dæmme op for strømmen af ​​blod til hjernetumorer (en proces kendt som embolisering), fører kirurger generelt et slankt kateter gennem lårbensarterien og navigerer det gennem blodkarrene for at afgive emboliske stoffer. Selvom de er udbredt, er disse katetre vanskelige at lede gennem komplekse vaskulære netværk.

I et forsøg på at løse denne udfordring har et team af forskere ved Huazhong University of Science and Technology (HUST) skabt bittesmå magnetiske, bløde mikrofiberbots, der kan udføre sådanne procedurer eksternt. Enhederne, der er lavet af en magnetiseret fiber snoet til en helixform, kan passe til en række forskellige karstørrelser og bevæge sig med proptrækker, når de udsættes for et eksternt magnetfelt. Resultaterne af forskningen, præsenteret i Science Robotics, demonstrere, hvordan anordningerne med succes blev brugt til at dæmme op for arteriel blødning hos en kanin.

Som medforfatter Jianfeng Zhang forklarer, at mikrofiberbotterne er lavet ved at bruge termisk energi til at trække magnetiske bløde kompositmaterialer ind i mikrofibre, som derefter "magnetiseres og støbes for at give dem spiralformet magnetisk polaritet". Ved at kontrollere magnetfeltet demonstrerede den magnetiske bløde mikrofiberrobot reversibel morfologisk transformation (forlængelse eller aggregering) og spiralfremdrift gennem blodgennemstrømning (både opstrøms og nedstrøms). Dette gør det muligt at navigere gennem komplekse vaskulære systemer og udføre robotembolisering i sub-millimeterområdet.

"Artiklen viser, hvordan vi klarede os vitro embolisering af aneurismer og tumorer i en neurovaskulær model og udførte robotnavigation og embolisering under realtidsfluoroskopi i en in vivo kanin femoral arterie model,” siger Zang. "Disse eksperimenter viser den potentielle kliniske værdi af dette arbejde og baner vejen for fremtidige robotassisteret emboliseringskirurgiske muligheder."

Forankringsfunktion

Ifølge førsteforfatter Xurui Liu, ph.d.-studerende ved HUST, besidder hver mikrofiberbot en forankringsfunktion, der ligner en vaskulær stents, hvilket gør det muligt at forankre den stabilt til indervæggen af ​​blodkar gennem kontaktfriktion for at undgå at blive vasket væk af blodgennemstrømningen.

"Den spiralformede magnetiseringsfordeling giver mikrofiberrobotten en nettomagnetiseringsretning langs dens centrale akse. Ved at påføre et eksternt magnetfelt, der stemmer overens med retningen af ​​nettomagnetiseringsretningen, kan robotten forlænges,” siger hun.

"Omvendt, når det eksterne magnetfelt er modsat netmagnetiseringsretningen, vil robotten samle sig," tilføjer hun. "Denne mikrofiberrobots blødhed og høje robusthed sikrer, at dens morfologiske rekonstruktionsfunktion forbliver fuldt reversibel efter mere end tusinde aggregerings- og forlængelsescyklusser."

Lovende alternativ

I modsætning til de magnetiske bløde robotter, der er rapporteret i tidligere forskning, bekræfter Zang, at de spiralformede magnetiseringsretningskarakteristika for de nye robotter gør det muligt at afkoble deres deformations- og bevægelsestilstande ortogonalt uafhængigt af kontrolmagnetfeltet, hvilket giver "unik magnetfeltkontrolfleksibilitet".

"Denne funktion tillader ikke kun en enkelt mikrofiberrobot at bevæge sig med høj hastighed mod blodstrømmen under påvirkning af et roterende magnetfelt, men muliggør også uafhængig kontrol af formen og bevægelsen af ​​flere mikrofiberbots," forklarer Zang.

"Derudover er disse enheder kompatible med almindeligt anvendte interventionskatetre for at maksimere deres potentiale til brug i kliniske omgivelser," tilføjer han.

Stillet over for udfordringerne ved traditionelle metoder såsom kateterbaseret embolisering – især med hensyn til deres operationelle begrænsninger og utilstrækkelige præcision, samt sundhedsrisici forbundet med, at læger udsættes for stråling i længere perioder (fra røntgenvejledningen) system) – Zang påpeger, at udviklingen af ​​magnetisk mikrofiberbot-teknologi giver klinikere et nyt middel til at forbedre eksisterende behandlinger.

"Udviklingen af ​​mikrofiberbots giver et nyt perspektiv for vaskulær emboliseringsbehandling og viser anvendelsespotentiale i minimalt invasiv kirurgisk behandlingsteknologi. Denne teknologi giver et effektivt supplement til eller alternativ til traditionel kateter-emboliseringsteknologi ved præcist at kontrollere blodgennemstrømningsokklusion,” siger han.

Zang bemærker, at selvom denne teknologi viser potentiale, er der stadig udfordringer at overvinde før dens kliniske anvendelse. Disse omfatter strukturel optimering af mikrofiberbots, øget biokompatibilitet af materialer og udvikling af blodkarpositionerings- og sporingssystemer. "Forskerholdet arbejder på at løse disse nøglespørgsmål for at fremme anvendelsen af ​​teknologien," tilføjer han.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden