- Naukowcy opracowali miniaturowe roboty, które mogą dostarczać leki bezpośrednio do chorych tkanek serca.
- Nowa technologia ma szansę zastąpić ryzykowne operacje na otwartym sercu i znacznie skrócić czas leczenia infekcji.
- Rozwiązanie otwiera drogę do precyzyjnej terapii w trudno dostępnych miejscach organizmu, oferując nadzieję tysiącom pacjentów.
Walka z zapaleniem wsierdzia: Nowa nadzieja dla pacjentów
Co roku w samych Stanach Zjednoczonych około 50 000 osób zapada na zapalenie wsierdzia - groźną infekcję wyściółki jam serca oraz jego zastawek. Standardowe leczenie polega na tygodniowej kuracji antybiotykami podawanymi dożylnie, która jednak często okazuje się nieskuteczna. Dzieje się tak, ponieważ zanim leki dotrą do serca, są już zbyt rozcieńczone.
W takiej sytuacji lekarze stają przed trudnym wyborem: ryzykownie zwiększyć dawkę, co grozi toksycznym działaniem leku, albo przeprowadzić niezwykle ryzykowną operację na otwartym sercu. Ten dramatyczny scenariusz może wkrótce odejść w przeszłość dzięki przełomowemu odkryciu inżynierów z Johns Hopkins University w USA.
Opracowali oni kilkumilimetrowe roboty, których zadaniem jest dostarczanie leków bezpośrednio do zakażonej tkanki wewnątrz bijącego serca. Te innowacyjne urządzenia, nazwane przez twórców "milirobotami", mają szerokość główki zapałki i długość ziarenka ryżu, a ich wprowadzenie do organizmu jest minimalnie inwazyjne.
Jak działają magnetyczne miliroboty?
Sercem nowego rozwiązania są właśnie miliroboty, które wykorzystują zewnętrzne pole magnetyczne do napędzania ich wewnątrz organizmu. Roboty pracują parami, co stanowi klucz do ich precyzji i skuteczności. Jeden z nich, nazywany "modułem igłowym", delikatnie przyczepia się do tkanki serca bezpośrednio w miejscu zakażenia. Pełni on rolę stacji dokującej, cierpliwie czekając na drugi element systemu.
Drugi robot, "moduł z lekiem", transportuje antybiotyki do stacji dokującej, gdzie magnetycznie się z nią łączy i powoli uwalnia substancję leczniczą dokładnie tam, gdzie jest ona najbardziej potrzebna. Oba roboty są magnetyczne i sterowane bezprzewodowo za pomocą zewnętrznego systemu cewek elektromagnetycznych. "Technologia ta działa trochę jak aparat do rezonansu magnetycznego (MRI)" - wyjaśniają naukowcy.
Zastosowanie dwóch małych robotów zamiast jednego większego pozwala dotrzeć do trudno dostępnych miejsc w ciele, a igła może pozostać zadokowana, podczas gdy moduł z lekiem jest wymieniany, umożliwiając podanie kolejnych dawek, jeśli zajdzie taka potrzeba.
Zabieg bez skalpela i baterii
Unikalny sposób działania milirobotów eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych metod inwazyjnych. "Wystarczy niewielkie ukłucie, aby wprowadzić milirobota i wykonać zabieg bez infekcji i utraty krwi.
Nie potrzeba obsługi przez chirurga, aby sprawnie i bezpiecznie podać leki we właściwe miejsce" - powiedział Axel Krieger, specjalista od robotyki medycznej z Johns Hopkins University, znany z tworzenia robotów wykonujących operacje bez pomocy człowieka.
Podkreśla on, że dzięki naprowadzaniu magnetycznemu sam robot nie wymaga zasilania - nie posiada baterii ani silników. "Leki można bezpiecznie podawać dzięki technologii takiej jak gradienty i pola w MRI. Jednak zamiast wykorzystywać ją do obrazowania, steruje ona milirobotami" - dodał Krieger.
Szybsze leczenie i szersze zastosowanie
Prace badawcze zespołu z Johns Hopkins University pokazują ogromny potencjał tej technologii. Naukowcy z powodzeniem przetestowali roboty na modelach fantomowych serca, które wiernie naśladują ludzkie serce, a także na prawdziwej tkance serca świni.
Roboty poruszały się płynnie i autonomicznie, nawet w warunkach symulowanego przepływu krwi. "Możemy po prostu wstrzyknąć dożylnie małą tabletkę, która dotrze do miejsca, gdzie naprawdę potrzebujemy podać leki, i jest to minimalnie inwazyjne" - podkreśliła Anuruddha Bhattacharjee, główna autorka badania, była doktorantka na Johns Hopkins, a obecnie adiunkt na University of Alabama w Birmingham.
Wprowadzenie tej metody może nie tylko całkowicie wyeliminować konieczność operacji na otwartym sercu, ale także drastycznie skrócić czas leczenia. "Zwykle dożylne leczenie farmakologiczne wymaga od czterech do sześciu tygodni terapii.
Jednak w przypadku tych robotów cała procedura może zająć 10 minut - może godzinę, jeśli chcemy przeprowadzić kilka rund" - zaznaczyła Bhattacharjee. - "Jeśli wszystko pójdzie dobrze, leczenie skróci się z czterech-sześciu tygodni do jednego dnia lub krócej".
Naukowcy widzą również szersze zastosowanie milirobotów. "Istnieje wiele obszarów poza zakażeniami serca, w których tego typu celowana terapia lekowa i tego typu sterowalne roboty mogłyby odegrać kluczową rolę" - wskazał Axel Krieger. Miliroboty mogłyby być wykorzystywane do mniej inwazyjnego i precyzyjniejszego leczenia chorób w trudno dostępnych miejscach, na przykład w terapii nowotworów.
W najbliższej przyszłości badacze planują dalsze testy na bardziej realistycznych modelach fantomowych serca, które będą symulować skurcze mięśni i prawdziwe bicie serca.
