Magnetni mikroboti obljubljajo zdravljenje anevrizme in možganskih tumorjev – Svet fizike

<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="Daljinec Schematic showing (top panel) how microfibrebots can anchor to a blood vessel, navigate via helical propulsion, elongate to pass through narrow regions and aggregate to block blood flow. Potential applications (bottom panel) include coil embolization of aneurysms and tumours, and selective particle embolization of tumours. (Courtesy: Jianfeng Zang, HUST)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/magnetic-microbots-show-promise-for-treating-aneurysms-and-brain-tumours-physics-world.jpg”>

Skupina raziskovalcev na Kitajskem je razvila nove "mikrofibrebote" z magnetnim zvijanjem in jih uporabila za embolizacijo arterijske krvavitve pri zajcu - s čimer je tlakovala pot za vrsto nadzorovanih in manj invazivnih zdravljenj za anevrizme in možganske tumorje.

Ko poskušajo ustaviti krvavitev pri anevrizmah ali zaustaviti dotok krvi v možganske tumorje (postopek, znan kot embolizacija), kirurgi običajno vodijo tanek kateter skozi femoralno arterijo in ga vodijo skozi krvne žile, da dovajajo embolična sredstva. Čeprav se pogosto uporabljajo, je te katetre težko voditi skozi kompleksna žilna omrežja.

V prizadevanju za reševanje tega izziva je skupina raziskovalcev na Univerzi za znanost in tehnologijo Huazhong (HUST) je ustvaril drobne magnetne robote iz mehkih mikrovlaken, ki lahko takšne postopke izvajajo na daljavo. Naprave, izdelane iz magnetiziranih vlaken, zvitih v obliki vijačnice, se lahko prilegajo različnim velikostim posod in se premikajo kot zamašek, ko so izpostavljene zunanjemu magnetnemu polju. Rezultati raziskave, predstavljeni v Znanstvena robotika, prikazujejo, kako so bile naprave uspešno uporabljene za zaustavitev arterijske krvavitve pri zajcu.

Kot soavtor Jianfeng Zang pojasnjuje, da so roboti iz mikrovlaken narejeni z uporabo toplotne energije za vlečenje magnetnih mehkih kompozitnih materialov v mikrovlakna, ki so nato "magnetizirana in oblikovana, da jim dajo spiralno magnetno polarnost". Z nadzorovanjem magnetnega polja je magnetni robot iz mehkih mikrovlaken pokazal reverzibilno morfološko transformacijo (raztezek ali agregacija) in spiralni pogon skozi pretok krvi (tako navzgor kot navzdol). To mu omogoča krmarjenje skozi zapletene žilne sisteme in izvajanje robotske embolizacije v submilimetrskem območju.

»Članek prikazuje, kako smo se obnesli in vitro embolizacijo anevrizem in tumorjev v nevrovaskularnem modelu ter izvedli robotsko navigacijo in embolizacijo pod fluoroskopijo v realnem času v vivo model zajčje femoralne arterije,« pravi Zang. "Ti poskusi dokazujejo potencialno klinično vrednost tega dela in utirajo pot prihodnjim robotsko podprtim kirurškim možnostim embolizacije."

Funkcija sidranja

Po mnenju prvega avtorja Xuruija Liuja, doktorskega študenta na HUST-u, ima vsak robot iz mikrovlaken funkcijo sidranja, podobno funkciji vaskularnega stenta, kar mu omogoča, da je s kontaktnim trenjem stabilno zasidran na notranjo steno krvnih žil, da se prepreči izpiranje pretok krvi.

»Njegova spiralna porazdelitev magnetizacije zagotavlja robotu iz mikrovlaken neto smer magnetizacije vzdolž njegove osrednje osi. Z uporabo zunanjega magnetnega polja, ki je skladno s smerjo neto smeri magnetizacije, je mogoče robota podaljšati,« pravi.

"Nasprotno, ko je zunanje magnetno polje v nasprotni smeri neto magnetizacije, se bo robot zbral," dodaja. "Mehkoba in visoka robustnost tega robota iz mikrovlaken zagotavlja, da njegova funkcija morfološke rekonstrukcije ostane popolnoma reverzibilna po več kot tisoč ciklih združevanja in raztezanja."

Obetavna alternativa

V nasprotju z magnetnimi mehkimi roboti, o katerih so poročali v prejšnjih raziskavah, Zang potrjuje, da značilnosti smeri vijačne magnetizacije novih robotov omogočajo, da so njihovi načini deformacije in gibanja ortogonalno ločeni neodvisno od krmilnega magnetnega polja, kar zagotavlja "edinstveno prilagodljivost nadzora magnetnega polja".

»Ta funkcija ne omogoča le, da se en sam robot iz mikrovlaken premika z veliko hitrostjo proti krvnemu toku pod delovanjem rotirajočega magnetnega polja, temveč omogoča tudi neodvisen nadzor nad obliko in gibanjem več robotov iz mikrovlaken,« pojasnjuje Zang.

"Poleg tega so te naprave združljive s pogosto uporabljenimi intervencijskimi katetri, da se poveča njihov potencial za uporabo v kliničnih okoljih," dodaja.

Soočenje z izzivi tradicionalnih metod, kot je embolizacija s katetrom – zlasti v smislu njihovih operativnih omejitev in nezadostne natančnosti, pa tudi zdravstvenih tveganj, povezanih z dolgotrajno izpostavljenostjo zdravnikov sevanju (iz navodil za rentgensko slikanje sistem) – Zang poudarja, da razvoj tehnologije magnetnih mikrofiberbotov daje klinikom nova sredstva za izboljšanje obstoječih zdravljenj.

»Razvoj robotov iz mikrovlaken ponuja novo perspektivo za zdravljenje z žilno embolizacijo in kaže potencial uporabe v tehnologiji minimalno invazivnega kirurškega zdravljenja. Ta tehnologija zagotavlja učinkovito dopolnilo ali alternativo tradicionalni tehnologiji katetrske embolizacije z natančnim nadzorom okluzije krvnega pretoka,« pravi.

Zang ugotavlja, da čeprav ta tehnologija kaže potencial, še vedno obstajajo izzivi, ki jih je treba premagati pred njeno klinično uporabo. Ti vključujejo strukturno optimizacijo robotov iz mikrovlaken, povečanje biokompatibilnosti materialov in razvoj sistemov za pozicioniranje in sledenje krvnih žil. "Raziskovalna skupina si prizadeva za reševanje teh ključnih vprašanj za napredek pri uporabi tehnologije," dodaja.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/magnetic-microbots-show-promise-for-treating-aneurysms-and-brain-tumours/