В хирургии начнут использовать микроботов для локального уничтожения раковых клеток

В хирургии начнут использовать микроботов для локального уничтожения раковых клеток

Холодной октябрьской ночью 2006 года в Монреале профессор Сильвен Мартел и его студенты наблюдали за анастезированным телом свиньи на экране МРТ-аппарата, в то время как удушливый воздух наполнялся аплодисментами. Больничный техник только что ввел стальной шарик, размером с кончик шариковой ручки, в сонную артерию свиньи и через несколько мучительных минут ожидания они увидели, как шарик вдруг пришел в движение, проходя каждую точку, которую обозначила для него команда. Это был первый случай в медицинской практике, когда объектом, находившемся в кровеносном сосуде живого существа, управляли беспроводным путем. Для микробиологии это событие знаменовало рассвет новой эры. Легионы исследовательских групп по всему миру сейчас работают над тем, чтобы продвинуться дальше в этом направлении. Микроскопические роботы, которые однажды смогут двигаться по большим артериям и мелким венам живых существ, будут выполнять широкий спектр медицинских операций, что придется очень кстати в хирургии.

Доктор Робото примет вас через минуту

В научно-техническом журнале IEEE Spectrum доктор Мартел пишет, что рак стоит первым в списке недугов, с которыми они будут бороться. Боты будут распространять лекарства непосредственно на опухоль, уничтожая только больные клетки и не задевая здоровые. 

Трудности такого способа применения ботов в медицине многочисленны. Существует проблема создания ботов нужного размера, которые смогли бы перемещаться в вязкой жидкости, заполняющей систему артерий и вен. Инженерные трудности заключаются в энергоснабжении и выводе изображения, на котором врач смог бы рассмотреть такие маленькие аппараты. Биологические проблемы связаны с использованием безвредных для организма материалов, которые способны растворяться внутри тела. 

Инженер-механик, профессор Университета Торонто Эрик Диллер говорит, что эти боты должны быть настолько маленькими, что существующие технологии пока неспособны обеспечить их производство. «Таких деталей не существует, но, даже если бы они были, их невозможно было бы заряжать, не говоря уже об управлении такими микроскопичными машинами». Именно поэтому исследователи черпают вдохновение у природных аналогов - бактерий.

В этом году команда ученых Диллера представила свое последнее изобретение - миллиметрового робота с двумя хватательными конечностями, который двигается и контролируется магнитным полем. Диллер говорит, что микроботы полезны не только для распространения лекарств, но, возможно, для восстановления структуры поврежденных органов. 

Мышечные роботы

Аспирант Иллинойского Университета Каролин Цветкович работает над похожим проектом – «шагающими» ботами, которых питают мышцы. Ее команда использует электрический импульс сердечных клеток, чтобы заставить небольшого бота, сделанного из гидрогеля, двигаться. 

«Наша система состоит из мышц, сухожилий и костей, как у млекопитающих. Она позволяет нам сымитировать то, как организм использует энергию, чтобы двигаться. Например, когда мышца сокращается у человека, то сила передается в кость через сухожилие. В наших био-ботах, когда мышечные клетки сокращаются (при воздействии электричества), они вызывают внутреннее давление на соединенные пучком столбы. Так как пучок сделан из гидрогеля - он может сильно сгибаться. Если один столб («нога») двигается больше другого (случается, когда они разного размера), то перед нами направленное движение (т.е. ходьба) био-бота», - говорит Цветкович. 

Она предсказывает, что в будущем нас ждет «поколение биологических машин, доставляющих лекарства, хирургических роботов, «умных» имплантатов и передвижных анализаторов». 

Роберт Вуд, электроинженер, основатель Гарвардской микробиологической лаборатории, один из исследователей National Geographic, считает, что использование роботехники безгранично и она сможет копировать природные функции. 

Доктор Вуд работает над проектом бюджетных, одноразовых робопчел, которые могут опылять сельскохозяйственные культуры, а также искать опасные вещества. «Если вы хотите создать что-то, что сможет летать, у вас есть тысячи примеров для подражания, существующих в природе. Однако мы не просто копируем природу. Мы пытаемся понять, что лежит в основе движения организмов, и лишь потом мы переходим в сферу инженерии». 

На прошлой неделе команда ученых из Европы и Израиля заявила, что они приблизились на шаг ближе к решению проблемы самопередвижения крошечных роботов, придумав механизм, имитирующий гребешки. В журнале Nature Communications они написали, что их биоинженерный гребешок настолько мал (доли миллиметра), что робот сможет плавать по глазному яблоку. Как и многие современные  модели, они заряжаются от внешнего магнитного поля, но, в отличие от существующих микроботов, поле обеспечивает лишь подачу энергии, но не управляет механизмами. 

В 1959 году Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман произнес речь, в которой описал дикие для того времени размышления своего друга: «в хирургии пригодилось бы умение врача «нырять» в пациента».

Спустя десятилетия самые разные ученые работают над таким изобретением, однако теперь мысль о том, чтобы «нырнуть» в пациента больше не кажется дикой. Современного хирурга не придется глотать, но его можно подключить к больному.

VIA: Gigaom

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top