Mikroboty magnetyczne są obiecujące w leczeniu tętniaków i guzów mózgu – Świat Fizyki

Mikroboty magnetyczne są obiecujące w leczeniu tętniaków i guzów mózgu – Świat Fizyki

Znacznik czasu: 14 marca 2024 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="Zdalne sterowanie Schemat przedstawiający (górny panel), w jaki sposób roboty z mikrofibry mogą zakotwiczyć się w naczyniu krwionośnym, nawigować za pomocą napędu śrubowego, wydłużać się, aby przejść przez wąskie obszary, i agregować, blokując przepływ krwi. Potencjalne zastosowania (panel dolny) obejmują embolizację cewką tętniaków i guzów oraz selektywną embolizację guzów cząsteczkami. (Dzięki uprzejmości: Jianfeng Zang, HUST)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/magnetic-mirobots-show-promise-for- leczenie-tętniaków-i-guzów-mózgu-fizyka-świat.jpg”>Magnetyczne miękkie mikrofibry w naczyniu krwionośnym
Zdalne sterowanie Schemat przedstawiający (panel górny), w jaki sposób roboty z mikrofibry mogą zakotwiczyć się w naczyniu krwionośnym, nawigować za pomocą napędu śrubowego, wydłużać się, aby przejść przez wąskie obszary, i gromadzić się, blokując przepływ krwi. Potencjalne zastosowania (panel dolny) obejmują embolizację cewką tętniaków i guzów oraz selektywną embolizację guzów cząsteczkami. (Dzięki uprzejmości: Jianfeng Zang, HUST)

Zespół naukowców z Chin opracował nowatorskie „mikrofibreboty” zwijane magnetycznie i wykorzystał je do embolizacji krwawienia tętniczego u królika, torując drogę szeregowi kontrolowanych i mniej inwazyjnych metod leczenia tętniaków i guzów mózgu.

Próbując zatamować krwawienie z tętniaków lub zatamować dopływ krwi do guzów mózgu (proces znany jako embolizacja), chirurdzy zazwyczaj wprowadzają cienki cewnik przez tętnicę udową i przepuszczają go przez naczynia krwionośne, aby dostarczyć środki zatorowe. Chociaż cewniki te są szeroko stosowane, trudno je prowadzić przez złożone sieci naczyniowe.

Próbując stawić czoła temu wyzwaniu, zespół naukowców z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Huazhong (HUST) stworzył maleńkie, magnetyczne, miękkie roboty z mikrofibry, które mogą zdalnie przeprowadzać takie zabiegi. Urządzenia wykonane z namagnesowanego włókna skręconego w kształcie spirali mogą pasować do naczyń o różnych rozmiarach i poruszać się jak korkociąg pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Wyniki badań zaprezentowane w Robotics Naukizademonstrowali, w jaki sposób urządzenia zostały skutecznie wykorzystane do tamowania krwawienia tętniczego u królika.

Jako współautor Jianfenga Zhanga wyjaśnia, roboty z mikrofibry powstają przy użyciu energii cieplnej do wciągania magnetycznych miękkich materiałów kompozytowych w mikrowłókna, które są następnie „magnesowane i formowane w celu nadania im spiralnej polaryzacji magnetycznej”. Kontrolując pole magnetyczne, robot magnetyczny z miękkiej mikrofibry wykazał odwracalną transformację morfologiczną (wydłużenie lub agregację) i napęd spiralny poprzez przepływ krwi (zarówno w górę, jak i w dół). Umożliwia to poruszanie się po złożonych układach naczyniowych i wykonywanie embolizacji za pomocą robota w obszarze submilimetrowym.

„Artykuł pokazuje, jak wypadliśmy in vitro embolizację tętniaków i nowotworów w modelu nerwowo-naczyniowym oraz przeprowadził zrobotyzowaną nawigację i embolizację pod fluoroskopią w czasie rzeczywistym w in vivo model tętnicy udowej królika” – mówi Zang. „Te eksperymenty pokazują potencjalną wartość kliniczną tej pracy i torują drogę przyszłym opcjom chirurgicznym embolizacji wspomaganej robotem”.

Funkcja kotwiczenia

Według pierwszego autora, Xurui Liu, doktoranta na HUST, każdy mikrofibrebot pełni funkcję zakotwiczającą podobną do stentu naczyniowego, umożliwiając jego stabilne zakotwiczenie w wewnętrznej ścianie naczyń krwionośnych poprzez tarcie kontaktowe, aby uniknąć wypłukania przez przepływ krwi.

„Śrubowy rozkład namagnesowania zapewnia robotowi z mikrofibry kierunek namagnesowania netto wzdłuż jego osi środkowej. Przykładając zewnętrzne pole magnetyczne zgodne z kierunkiem namagnesowania siatki, robota można wydłużyć” – mówi.

„I odwrotnie, gdy zewnętrzne pole magnetyczne jest przeciwne do kierunku namagnesowania siatki, robot będzie się zbierał” – dodaje. „Miękkość i wysoka wytrzymałość tego robota z mikrofibry zapewnia, że ​​jego funkcja rekonstrukcji morfologicznej pozostaje w pełni odwracalna po ponad tysiącu cykli agregacji i wydłużania”.

Obiecująca alternatywa

W przeciwieństwie do miękkich robotów magnetycznych opisanych we wcześniejszych badaniach, Zang potwierdza, że ​​charakterystyka kierunku magnesowania śrubowego nowych robotów umożliwia ortogonalne oddzielenie ich deformacji i trybów ruchu niezależnie od sterującego pola magnetycznego, zapewniając „wyjątkową elastyczność sterowania polem magnetycznym”.

„Ta funkcja pozwala nie tylko pojedynczemu robotowi z mikrofibry poruszać się z dużą prędkością pod prąd przepływu krwi pod działaniem wirującego pola magnetycznego, ale także umożliwia niezależną kontrolę kształtu i ruchu wielu robotów z mikrofibry” – wyjaśnia Zang.

„Dodatkowo urządzenia te są kompatybilne z powszechnie używanymi cewnikami interwencyjnymi, aby zmaksymalizować ich potencjał w zastosowaniu w warunkach klinicznych” – dodaje.

W obliczu wyzwań, jakie niosą ze sobą tradycyjne metody, takie jak embolizacja cewnikowa – zwłaszcza pod względem ograniczeń operacyjnych i niewystarczającej precyzji, a także zagrożenia dla zdrowia związane z długotrwałym narażeniem lekarzy na promieniowanie (z wytycznych dotyczących promieni rentgenowskich system) – Zang zwraca uwagę, że rozwój technologii magnetycznych mikrofibrebotów zapewnia klinicystom nowe sposoby udoskonalania istniejących metod leczenia.

„Rozwój mikrofibrebotów otwiera nową perspektywę leczenia embolizacji naczyń i pokazuje potencjał aplikacyjny w technologii małoinwazyjnego leczenia chirurgicznego. Technologia ta stanowi skuteczne uzupełnienie lub alternatywę dla tradycyjnej technologii embolizacji cewnika poprzez precyzyjną kontrolę okluzji przepływu krwi” – ​​mówi.

Zang zauważa, że ​​chociaż technologia ta wykazuje potencjał, nadal istnieją wyzwania, które należy pokonać, zanim znajdzie zastosowanie kliniczne. Należą do nich optymalizacja strukturalna mikrofibrebotów, zwiększenie biokompatybilności materiałów oraz rozwój systemów pozycjonowania i śledzenia naczyń krwionośnych. „Zespół badawczy pracuje nad rozwiązaniem tych kluczowych problemów, aby udoskonalić zastosowanie tej technologii” – dodaje.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki