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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 sistema vascolare labirintico 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 del cervello di un paziente per trattare rapidamente blocchi e lesioni, come quelli che si verificano in aneurismi e ictus.
“L'ictus è la quinta principale causa di morte e la principale causa di disabilità negli Stati Uniti.Se gli ictus acuti possono essere trattati nei primi 90 minuti circa, la sopravvivenza del paziente può essere notevolmente migliorata ", afferma MIT Mechanical Engineering e Zhao Xuanhe, professore associato di ingegneria civile e ambientale, ha affermato". blocco durante questo periodo di "prima serata", potremmo potenzialmente evitare danni cerebrali permanenti.Questa è la nostra speranza.
Zhao e il suo team, tra cui l'autore principale Yoonho Kim, uno studente laureato presso il Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT, descrivono oggi il loro progetto di robot morbido sulla rivista Science Robotics. Altri coautori dell'articolo sono lo studente laureato del MIT German Alberto Parada e lo studente in visita Shengduo Liu.
Per rimuovere i coaguli di sangue dal cervello, i medici di solito eseguono la chirurgia 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 simultaneamente immagine dei vasi sanguigni, il chirurgo quindi ruota manualmente il filo nei vasi sanguigni cerebrali danneggiati. Il catetere può quindi essere passato lungo il filo per erogare il farmaco o il dispositivo di recupero del coagulo nell'area interessata.
La procedura può essere fisicamente impegnativa, ha detto Kim, e richiede che i chirurghi siano appositamente formati per resistere alla ripetuta esposizione alle radiazioni della fluoroscopia.
"È un'abilità molto impegnativa e semplicemente non ci sono abbastanza chirurghi per servire i pazienti, specialmente nelle aree suburbane o rurali", ha detto Kim.
I fili guida medici utilizzati in tali procedure sono passivi, il che significa che devono essere manipolati manualmente e sono spesso costituiti da un'anima in lega metallica e rivestiti con un polimero, che secondo Kim può creare attrito e danneggiare il rivestimento dei vasi sanguigni. spazio ristretto.
Il team si è reso conto che gli sviluppi nel loro laboratorio potrebbero aiutare a migliorare tali procedure endovascolari, sia nella progettazione di fili guida che nella riduzione dell'esposizione dei medici a qualsiasi radiazione associata.
Negli ultimi anni, il team ha accumulato esperienza negli idrogel (materiali biocompatibili costituiti principalmente da acqua) e nella stampa 3D di materiali magneto-azionati che possono essere progettati per strisciare, saltare e persino prendere una palla, semplicemente seguendo la direzione del magnete.
Nel nuovo documento, i ricercatori hanno combinato il loro lavoro sugli idrogel e l'attuazione magnetica per produrre un filo robotico, o filo guida, rivestito di idrogel, orientabile magneticamente, che sono stati in grado di rendere abbastanza sottile da guidare magneticamente i vasi sanguigni attraverso cervelli replicati in silicone a grandezza naturale. .
Il nucleo del filo robotico è realizzato in lega di nichel-titanio, o "nitinol", un materiale che è sia flessibile che elastico. A differenza dei ganci, che mantengono la loro forma quando piegati, il filo di nitinol ritorna alla sua forma originale, conferendogli più flessibilità quando si fasciano vasi sanguigni stretti e tortuosi. Il team ha rivestito l'anima del filo con pasta di gomma, o inchiostro, e vi ha incorporato particelle magnetiche.
Infine, hanno utilizzato un processo chimico che avevano sviluppato in precedenza per rivestire e unire 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 un burattino) per guidare il filo attraverso il percorso ad 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 imitava 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 ha manipolato manualmente grandi magneti attorno al modello per guidare il robot attraverso lo stretto e tortuoso percorso del contenitore.
I fili robotici possono essere funzionalizzati, dice Kim, il che significa che è possibile aggiungere funzionalità, ad esempio somministrare farmaci che riducono i coaguli di sangue o rompere i blocchi con i laser. Per dimostrare quest'ultimo, il team ha sostituito i nuclei di nitinol dei fili con fibre ottiche e ha scoperto che potevano guidare magneticamente il robot e attivare il laser una volta raggiunto l'area bersaglio.
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 l'attrito e il danneggiamento del rivestimento della nave durante il passaggio del filo.
"Una sfida in chirurgia è riuscire ad attraversare i complessi vasi sanguigni nel cervello che hanno un diametro così piccolo che i cateteri commerciali non possono raggiungere", ha detto Kyujin Cho, professore di ingegneria meccanica presso la 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 di un paziente, ha detto Kim. Ciò significa che anche il medico non deve essere vicino al paziente e , cosa più importante, il fluoroscopio che produce la radiazione.
Nel prossimo futuro, immagina la chirurgia endovascolare incorporando la tecnologia magnetica esistente, come coppie di grandi magneti, consentendo ai medici di trovarsi fuori dalla sala operatoria, lontano dai fluoroscopi che visualizzano le immagini del cervello dei pazienti, o anche in luoghi completamente diversi.
"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 una città diversa", ha detto Kim. utilizzare la tecnologia esistente nel passaggio successivo per testare il nostro thread robotico in vivo.
I finanziamenti per la ricerca provenivano 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 consegnati alle aree problematiche del cervello.Questo tipo di tecnologia minimamente invasiva può anche aiutare a mitigare i danni causati da emergenze neurologiche come gli ictus”.
I ricercatori del MIT hanno creato un nuovo filo di robotica magnetron che può serpeggiare attraverso il 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 di 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 “rendere più facile e più accessibile il trattamento di 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 meno invasiva la chirurgia cerebrale, riferisce Chris Stocker-Walker del New Scientist. raggiungere i vasi sanguigni”.
Il giornalista di Gizmodo Andrew Liszewski scrive che un nuovo lavoro robotico simile a un filo 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.