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Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un robot simile a un filo orientabile magneticamente che può scivolare attivamente attraverso percorsi stretti e tortuosi, come il labirintico sistema vascolare del cervello.
In futuro, questo filo robotico potrebbe essere combinato con la tecnologia endovascolare esistente, consentendo ai medici di guidare a distanza un robot attraverso i vasi sanguigni cerebrali di un paziente per trattare rapidamente blocchi e lesioni, come quelli che si verificano negli aneurismi e negli ictus.
“L’ictus è la quinta causa di morte e la principale causa di disabilità negli Stati Uniti.Se gli ictus acuti potessero essere trattati nei primi 90 minuti circa, la sopravvivenza del paziente potrebbe essere significativamente migliorata”, affermano il MIT Mechanical Engineering e Zhao Xuanhe, professore associato di ingegneria civile e ambientale. “Se siamo in grado di progettare un dispositivo per invertire la vascolarizzazione blocco durante questo periodo di “prima serata”, potremmo potenzialmente evitare danni cerebrali permanenti.Questa è la nostra speranza”.
Zhao e il suo team, incluso l'autore principale Yoonho Kim, uno studente laureato del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, descrivono oggi il progetto del loro robot morbido sulla rivista Science Robotics. Altri coautori dell'articolo sono lo studente laureato del MIT German Alberto Parada e uno studente in visita Shengduo Liu.
Per rimuovere i coaguli di sangue dal cervello, i medici solitamente eseguono un intervento chirurgico endovascolare, una procedura minimamente invasiva in cui il chirurgo inserisce un filo sottile attraverso l'arteria principale del paziente, solitamente nella gamba o nell'inguine. Sotto guida fluoroscopica, che utilizza i raggi X per immagine i vasi sanguigni, il chirurgo quindi ruota manualmente il filo nei vasi sanguigni cerebrali danneggiati. Il catetere può quindi essere fatto passare lungo il filo per fornire il farmaco o il dispositivo di recupero del coagulo nell'area interessata.
La procedura può essere fisicamente impegnativa, ha affermato Kim, e richiede che i chirurghi siano appositamente formati per resistere alla ripetuta esposizione alle radiazioni della fluoroscopia.
"È una competenza molto impegnativa e semplicemente non ci sono abbastanza chirurghi per servire i pazienti, soprattutto nelle aree suburbane o rurali", ha detto Kim.
I fili guida medici utilizzati in tali procedure sono passivi, nel senso che devono essere manipolati manualmente, e sono spesso costituiti da un nucleo in lega metallica e rivestiti con un polimero, che secondo Kim può creare attrito e danneggiare il rivestimento dei vasi sanguigni. Temporaneamente bloccati in una posizione particolarmente spazio ristretto.
Il team si è reso conto che gli sviluppi nel loro laboratorio potrebbero aiutare a migliorare tali procedure endovascolari, sia nella progettazione dei fili guida che nel ridurre l'esposizione dei medici a qualsiasi radiazione associata.
Negli ultimi anni, il team ha acquisito esperienza negli idrogel (materiali biocompatibili costituiti principalmente da acqua) e nella stampa 3D di materiali magneto-azionati che possono essere progettati per gattonare, saltare e persino prendere una palla, semplicemente seguendo la direzione del magnete.
Nel nuovo articolo, i ricercatori hanno combinato il loro lavoro sugli idrogel e sull’attuazione magnetica per produrre un filo robotico rivestito di idrogel, o filo guida, magneticamente orientabile e rivestito di idrogel, che sono stati in grado di rendere abbastanza sottile da guidare magneticamente i vasi sanguigni attraverso cervelli replica in silicone a grandezza naturale. .
Il nucleo del filo robotico è realizzato in lega di nichel-titanio, o "nitinol", un materiale flessibile ed elastico. A differenza delle grucce, che mantengono la loro forma quando piegate, il filo di nitinol ritorna alla sua forma originale, conferendogli più flessibilità nell'avvolgimento di vasi sanguigni stretti e tortuosi. Il team ha rivestito il nucleo del filo con pasta di gomma o inchiostro e vi ha incorporato particelle magnetiche.
Infine, hanno utilizzato un processo chimico sviluppato in precedenza per rivestire e legare il rivestimento magnetico con un idrogel, un materiale che non influisce sulla reattività delle particelle magnetiche sottostanti, pur fornendo una superficie liscia, priva di attrito e biocompatibile.
Hanno dimostrato la precisione e l'attivazione del filo robotico utilizzando un grande magnete (molto simile alla corda di una marionetta) per guidare il filo attraverso il percorso a ostacoli di un piccolo anello, che ricorda un filo che passa attraverso la cruna di un ago.
I ricercatori hanno anche testato il filo in una replica in silicone a grandezza naturale dei principali vasi sanguigni del cervello, inclusi coaguli e aneurismi, che imitavano le scansioni TC del cervello di un paziente reale. Il team ha riempito un contenitore di silicone con un liquido che imita la viscosità del sangue. , quindi hanno manipolato manualmente grandi magneti attorno al modello per guidare il robot attraverso il percorso stretto e tortuoso del contenitore.
I fili robotici possono essere funzionalizzati, dice Kim, il che significa che è possibile aggiungere funzionalità, ad esempio somministrando farmaci che riducono i coaguli di sangue o rompendo i blocchi con i laser. Per dimostrare quest'ultimo, il team ha sostituito i nuclei in nitinol dei fili con fibre ottiche e ha scoperto che potevano guidare magneticamente il robot e attivare il laser una volta raggiunta l'area target.
Quando i ricercatori hanno confrontato il filo robotico rivestito di idrogel con il filo robotico non rivestito, hanno scoperto che l'idrogel forniva al filo un vantaggio scivoloso tanto necessario, permettendogli di scivolare attraverso spazi più stretti senza rimanere bloccato. Nelle procedure endovascolari, questa proprietà sarà fondamentale per prevenire attriti e danni al rivestimento del vaso durante il passaggio del filo.
"Una sfida in chirurgia è riuscire ad attraversare i complessi vasi sanguigni del cervello che sono così piccoli di diametro che i cateteri commerciali non possono raggiungere", ha affermato Kyujin Cho, professore di ingegneria meccanica alla Seoul National University.“Questo studio mostra come superare questa sfida.potenziale e consentire procedure chirurgiche nel cervello senza chirurgia a cielo aperto”.
In che modo questo nuovo filo robotico protegge i chirurghi dalle radiazioni? Il filo guida orientabile magneticamente elimina la necessità per i chirurghi di spingere il filo nel vaso sanguigno del paziente, ha detto Kim. Ciò significa che anche il medico non deve essere vicino al paziente e e, cosa ancora più importante, il fluoroscopio che produce la radiazione.
Nel prossimo futuro, prevede che la chirurgia endovascolare incorpori la tecnologia magnetica esistente, come coppie di grandi magneti, consentendo ai medici di essere fuori dalla sala operatoria, lontano dai fluoroscopi che visualizzano l'immagine del cervello dei pazienti, o anche in posizioni completamente diverse.
"Le piattaforme esistenti possono applicare un campo magnetico a un paziente ed eseguire una fluoroscopia allo stesso tempo, e il medico può controllare il campo magnetico con un joystick in un'altra stanza, o anche in un'altra città", ha detto Kim. utilizzeremo la tecnologia esistente nella fase successiva per testare il nostro filo robotico in vivo”.
Il finanziamento per la ricerca è arrivato in parte dall’Office of Naval Research, dal Soldier Nanotechnology Institute del MIT e dalla National Science Foundation (NSF).
La giornalista di Motherboard Becky Ferreira scrive che i ricercatori del MIT hanno sviluppato un filo robotico che potrebbe essere utilizzato per trattare coaguli di sangue neurologici o ictus. I robot potrebbero essere dotati di farmaci o laser che “potrebbero essere somministrati alle aree problematiche del cervello.Questo tipo di tecnologia minimamente invasiva può anche aiutare a mitigare i danni derivanti dalle emergenze neurologiche come gli ictus”.
I ricercatori del MIT hanno creato un nuovo filone di robotica magnetron che può serpeggiare nel cervello umano, scrive il giornalista dello Smithsonian Jason Daley. "In futuro, potrebbe viaggiare attraverso i vasi sanguigni nel cervello per aiutare a eliminare i blocchi", spiega Daly.
Il giornalista di TechCrunch Darrell Etherington scrive che i ricercatori dell'MI hanno sviluppato un nuovo filo robotico che potrebbe essere utilizzato per rendere meno invasiva la chirurgia cerebrale. Etherington ha spiegato che il nuovo filo robotico potrebbe "potrebbe rendere più facile e più accessibile il trattamento dei problemi cerebrovascolari, come blocchi e lesioni che possono portare ad aneurismi e ictus”.
I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo verme robotico controllato magneticamente che un giorno potrebbe contribuire a rendere la chirurgia cerebrale meno invasiva, riferisce Chris Stocker-Walker di New Scientist. Quando testato su un modello di cervello umano in silicio, "il robot può divincolarsi attraverso raggiungere i vasi sanguigni”.
Il giornalista di Gizmodo Andrew Liszewski scrive che un nuovo lavoro robotico filiforme sviluppato dai ricercatori del MIT potrebbe essere utilizzato per eliminare rapidamente blocchi e coaguli che causano ictus. che i chirurghi spesso devono sopportare”, ha spiegato Liszewski.