Инженеры Университета Джонса Хопкинса разработали миниатюрных магнитных роботов, способных доставлять антибиотики непосредственно к инфекционным очагам в сердце.
Разработка роботов-миллиметров для лечения эндокардита
Ежегодно около 50 000 человек в США сталкиваются с инфекционным эндокардитом — воспалением внутренней оболочки сердца и его клапанов. Стандартная терапия требует внутривенного введения антибиотиков на протяжении четырех-шести недель. Этот метод часто оказывается малоэффективным, так как лекарство разбавляется в кровотоке, не достигая очага инфекции в достаточной концентрации.
Инженерная группа под руководством Акселя Кригера, известного медицинского робототехника, ранее занимавшегося разработкой систем для автономного проведения хирургических процедур, предложила альтернативу: использование беспроводных «миллироботов». Вместо этого они управляются внешними электромагнитными катушками, работающими по принципу аппаратов МРТ, которые направляют роботов через кровоток.
“С помощью маленького прокола вы вводите микроробота и проводите процедуру без инфекции или потери крови. И вам не нужен хирург, управляющий им, чтобы доставить лекарства надежно, безопасно и эффективно в нужное место,”
Аксель Кригер, ведущий автор исследования, медицинский робототехник Университета Джонса Хопкинса
Механизм работы парных модулей
Система состоит из двух специализированных роботов, работающих в тандеме для обеспечения точности доставки лекарственных средств. Первый модуль — «игольчатый» — оснащен крошечным зазубренным наконечником. Он закрепляется на тканях сердца в месте инфекции и остается там, выполняя функцию стыковочной станции. Второй модуль — «лекарственный» — переносит антибиотики, пристыковывается к первому с помощью магнитов и постепенно высвобождает препарат непосредственно в пораженной зоне. Проведенные испытания показали, что магнитная стыковка была успешной в 100% случаев, а процесс отстыковки — в 93%.
Разделение системы на два модуля позволяет достигать труднодоступных участков анатомии, куда не смог бы проникнуть один крупный аппарат. Поскольку «игольчатый» модуль остается зафиксированным, врачи могут заменять отработанный лекарственный модуль на новый, позволяя проводить повторные дозы терапии без необходимости извлекать всю систему.
Результаты тестирования и научный вклад
Команда исследователей успешно провела испытания системы на фантомных моделях сердца, имитирующих анатомию человека, а также на тканях сердца свиньи. Роботы автономно перемещались внутри моделей, преодолевая пульсирующий поток жидкости, имитирующий кровоток.
В состав авторского коллектива вошли Синьхао Чен, Адам Мэй, Аюш Сарасват, Чинтан Паниграхи, Яш Чадда и Джозеф Кац из Университета Джонса Хопкинса; Сурадж Равал и Янси Диас-Меркадо из Мэрилендского университета; а также Ламар О. Мэйр из Weinberg Medical Physics.
“Если все работает хорошо, вы сокращаете лечение с четырех-шести недель до одного дня или меньше.”
Ануруддха Бхаттачарджи, первый автор исследования, доцент Университета Алабамы в Бирмингеме
Исследователи полагают, что тот же подход может быть адаптирован для доставки таргетных препаратов при лечении рака. На текущем этапе разработки ученые готовятся к тестам на более сложных моделях, воспроизводящих мышечные сокращения бьющегося сердца. При этом некоторые достижения, текущие данные не подтверждают излечение инфекции у людей, и технология пока не готова к клиническим испытаниям. Пациентам следует обсудить методы лечения сердечно-сосудистых заболеваний исключительно с квалифицированными медицинскими специалистами, так как эта информация является основанием для исследования, а не медицинским советом.
Читайте также
