Billeder, der er tilgængelige til download på MIT Press Office-webstedet, leveres til ikke-kommercielle enheder, pressen og offentligheden under en Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License. Du må ikke ændre de leverede billeder, kun beskære dem til passende størrelse. Kredit skal bruges ved kopiering af billeder;hvis det ikke er angivet nedenfor, krediter "MIT" for billeder.
MIT-ingeniører har udviklet en magnetisk styrbar ledningslignende robot, der aktivt kan glide gennem smalle, snoede stier, såsom hjernens labyrintiske vaskulatur.
I fremtiden vil denne robottråd muligvis blive kombineret med eksisterende endovaskulær teknologi, hvilket gør det muligt for læger at fjernstyre en robot gennem en patients hjerneblodkar for hurtigt at behandle blokeringer og læsioner, såsom dem, der opstår i aneurismer og slagtilfælde.
"Slagtilfælde er den femte hyppigste dødsårsag og den førende årsag til handicap i USA.Hvis akutte slagtilfælde kan behandles inden for de første 90 minutter eller deromkring, kan patientens overlevelse blive væsentligt forbedret," siger MIT Mechanical Engineering og Zhao Xuanhe, lektor i civil- og miljøteknik, sagde."Hvis vi kan designe en enhed til at vende vaskulært blokering i denne 'prime time'-periode, kan vi potentielt undgå permanent hjerneskade.Det er vores håb.”
Zhao og hans team, herunder hovedforfatteren Yoonho Kim, en kandidatstuderende ved MIT's Department of Mechanical Engineering, beskriver deres bløde robotdesign i dag i tidsskriftet Science Robotics. Andre medforfattere af papiret er MIT kandidatstuderende tysk Alberto Parada og besøgende studerende Shengduo Liu.
For at fjerne blodpropper fra hjernen udfører læger normalt endovaskulær kirurgi, en minimalt invasiv procedure, hvor kirurgen fører en tynd tråd gennem en patients hovedpulsåre, normalt i benet eller lysken. Under fluoroskopisk vejledning, som bruger røntgenstråler til samtidig afbilde blodkarrene, kirurgen roterer derefter manuelt ledningen op i de beskadigede hjerneblodkar. Kateteret kan derefter føres langs ledningen for at levere lægemidlet eller apparatet til udvinding af blodpropper til det berørte område.
Proceduren kan være fysisk krævende, sagde Kim, og kræver, at kirurger er specielt uddannet til at modstå den gentagne strålingseksponering ved fluoroskopi.
"Det er en meget krævende færdighed, og der er simpelthen ikke nok kirurger til at betjene patienter, især i forstæder eller landdistrikter," sagde Kim.
Medicinske guidewires, der bruges i sådanne procedurer, er passive, hvilket betyder, at de skal manipuleres manuelt og er ofte lavet af en metallegeringskerne og belagt med en polymer, som Kim siger kan skabe friktion og beskadige foringen af ​​blodkar. Midlertidigt fast i en særlig trang plads.
Holdet indså, at udviklingen i deres laboratorium kunne hjælpe med at forbedre sådanne endovaskulære procedurer, både i udformningen af ​​guidewires og ved at reducere lægers eksponering for enhver associeret stråling.
I løbet af de sidste par år har holdet opbygget ekspertise inden for hydrogeler (biokompatible materialer, hovedsagelig lavet af vand) og 3D-print af magneto-aktiverede materialer, der kan designes til at kravle, hoppe og endda fange en bold, blot ved at følge retningen af magnet.
I det nye papir kombinerede forskerne deres arbejde med hydrogeler og magnetisk aktivering for at producere en magnetisk styrbar, hydrogelbelagt robottråd eller guidewire, som de var i stand til at lave tynd nok til at magnetisk lede blodkar gennem naturlig størrelse silikone replika hjerner .
Kernen i robottråden er lavet af nikkel-titanium-legering, eller "nitinol", et materiale, der er både bøjeligt og elastisk. I modsætning til bøjler, som bevarer deres form, når de bøjes, vender nitinol-tråden tilbage til sin oprindelige form, hvilket giver den mere fleksibilitet ved indpakning af stramme, snoede blodkar. Holdet beklædte kernen af ​​tråden med gummipasta eller blæk og indlejrede magnetiske partikler i den.
Endelig brugte de en kemisk proces, de tidligere havde udviklet, til at belægge og binde det magnetiske overtræk med en hydrogel - et materiale, der ikke påvirker reaktionsevnen af ​​de underliggende magnetiske partikler, samtidig med at det giver en glat, friktionsfri, biokompatibel overflade.
De demonstrerede præcisionen og aktiveringen af ​​robottråd ved at bruge en stor magnet (meget ligesom et dukkereb) til at føre ledningen gennem forhindringsbanen på en lille løkke, der minder om en ledning, der passerer gennem et nåleøje.
Forskerne testede også ledningen i en silikonekopi i naturlig størrelse af hjernens store blodkar, inklusive blodpropper og aneurismer, der efterlignede CT-scanninger af en egentlig patients hjerne. Holdet fyldte en silikonebeholder med en væske, der efterligner blodets viskositet. , hvorefter man manuelt manipulerede store magneter rundt om modellen for at guide robotten gennem containerens snoede, smalle bane.
Robottråde kan funktionaliseres, siger Kim, hvilket betyder, at funktionalitet kan tilføjes - for eksempel at levere lægemidler, der reducerer blodpropper eller bryde blokeringer med lasere. For at demonstrere sidstnævnte erstattede holdet trådenes nitinolkerner med optiske fibre og fandt ud af, at de kunne magnetisk guide robotten og aktivere laseren, når den nåede målområdet.
Da forskerne sammenlignede den hydrogelbelagte robottråd med den ubelagte robottråd, fandt de ud af, at hydrogelen gav ledningen en tiltrængt glat fordel, så den kunne glide gennem snævrere rum, uden at den ikke sætter sig fast.I endovaskulære procedurer, denne egenskab vil være nøglen til at forhindre friktion og beskadigelse af foringen af ​​fartøjet, når gevindet passeres.
"En udfordring i kirurgi er at kunne krydse de komplekse blodkar i hjernen, der er så små i diameter, at kommercielle katetre ikke kan nå," siger Kyujin Cho, professor i maskinteknik ved Seoul National University."Denne undersøgelse viser, hvordan man kan overvinde denne udfordring.potentiale og muliggør kirurgiske indgreb i hjernen uden åben kirurgi."
Hvordan beskytter denne nye robottråd kirurger mod stråling? Den magnetisk styrbare guidewire eliminerer behovet for, at kirurger skal skubbe tråden ind i en patients blodåre, sagde Kim. Det betyder, at lægen heller ikke behøver at være tæt på patienten og , endnu vigtigere, fluoroskopet, der producerer strålingen.
I den nærmeste fremtid forestiller han sig endovaskulær kirurgi, der inkorporerer eksisterende magnetisk teknologi, såsom par af store magneter, der gør det muligt for læger at være uden for operationsstuen, væk fra fluoroskoper, der afbilder patienters hjerner, eller endda helt andre steder.
"Eksisterende platforme kan påføre et magnetfelt på en patient og udføre en fluoroskopi på samme tid, og lægen kan kontrollere magnetfeltet med et joystick i et andet rum eller endda i en anden by," sagde Kim. bruge eksisterende teknologi i næste trin til at teste vores robottråd in vivo."
Finansiering til forskningen kom delvist fra Office of Naval Research, MIT's Soldier Nanotechnology Institute og National Science Foundation (NSF).
Bundkortsreporter Becky Ferreira skriver, at MIT-forskere har udviklet en robottråd, der kunne bruges til at behandle neurologiske blodpropper eller slagtilfælde. Robotter kunne udstyres med lægemidler eller lasere, der "kan blive leveret til problemområder i hjernen.Denne type minimalt invasiv teknologi kan også hjælpe med at afbøde skader fra neurologiske nødsituationer såsom slagtilfælde."
MIT-forskere har skabt en ny tråd af magnetronrobotik, der kan slynge sig gennem den menneskelige hjerne, skriver Smithsonian-reporter Jason Daley."I fremtiden kan den rejse gennem blodkar i hjernen for at hjælpe med at fjerne blokeringer," forklarer Daly.
TechCrunch-reporter Darrell Etherington skriver, at MI-forskere har udviklet en ny robottråd, der kunne bruges til at gøre hjernekirurgi mindre invasiv. Etherington forklarede, at den nye robottråd kunne "kan gøre det lettere og mere tilgængeligt at behandle cerebrovaskulære problemer, såsom blokeringer og læsioner, der kan føre til aneurismer og slagtilfælde."
MIT-forskere har udviklet en ny magnetisk styret robotorm, der en dag kan hjælpe med at gøre hjernekirurgi mindre invasiv, rapporterer Chris Stocker-Walker fra New Scientist. Når den er testet på en siliciummodel af den menneskelige hjerne, "kan robotten vriste sig igennem svært at- nå blodkarrene."
Gizmodo-reporter Andrew Liszewski skriver, at et nyt trådlignende robotværk udviklet af MIT-forskere kunne bruges til hurtigt at fjerne blokeringer og blodpropper, der forårsager slagtilfælde.” Robotter kunne ikke kun gøre operationer efter slagtilfælde hurtigere og hurtigere, men også reducere strålingseksponeringen at kirurger ofte skal holde ud,” forklarede Liszewski.