Naukowcy z Johns Hopkins University opracowali miniaturowe roboty, które mogą transportować leki bezpośrednio do zakażonych tkanek serca. Urządzenia wielkości ziarenka ryżu są sterowane magnetycznie i nie wymagają baterii ani silników. Technologia może w przyszłości ograniczyć konieczność przeprowadzania operacji na otwartym sercu oraz skrócić leczenie infekcji z kilku tygodni do zaledwie kilku godzin. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Advanced Materials Technologies”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działają miniaturowe roboty opracowane przez naukowców z Johns Hopkins University i w jaki sposób mogą dostarczać antybiotyki bezpośrednio do zakażonych tkanek serca.
- Jaki jest mechanizm magnetycznego sterowania milirobotami, które nie wymagają baterii ani silników i wykorzystują dwa współpracujące moduły.
- Dlaczego nowa technologia może skrócić leczenie infekcyjnego zapalenia wsierdzia z 4–6 tygodni do kilku godzin oraz ograniczyć konieczność wykonywania inwazyjnych operacji.
- Jakie wyniki uzyskano podczas pierwszych testów milirobotów i czy technologia może znaleźć zastosowanie również w leczeniu nowotworów.
Miliroboty mogą zmienić leczenie infekcyjnego zapalenia wsierdzia
Infekcyjne zapalenie wsierdzia (IZW) to poważne zakażenie wewnętrznej wyściółki serca, często obejmujące zastawki. Według danych przytoczonych przez naukowców każdego roku w Stanach Zjednoczonych rozpoznaje się około 50 tys. przypadków tej choroby. Standardowe leczenie polega na dożylnym podawaniu antybiotyków przez 4–6 tygodni. W niektórych przypadkach farmakoterapia okazuje się niewystarczająca, a pacjenci wymagają interwencji kardiochirurgicznej.
Aby zwiększyć skuteczność miejscowego dostarczania leków, inżynierowie z Johns Hopkins University opracowali bezprzewodowe miliroboty, które mogą przemieszczać się wewnątrz organizmu i uwalniać antybiotyki bezpośrednio w zakażonym obszarze.
Jak działają miniaturowe roboty dostarczające leki do serca?
Nowa technologia wykorzystuje dwa współpracujące moduły robotyczne, których rozmiary są porównywalne z główką zapałki i ziarenkiem ryżu. Pierwszy, określany jako moduł igłowy, przytwierdza się do tkanki serca w miejscu zakażenia. Następnie pełni funkcję stacji dokującej. Drugi moduł transportuje antybiotyk, dociera do stacji i łączy się z nią magnetycznie. Po zadokowaniu stopniowo uwalnia lek bezpośrednio do docelowej tkanki.
Co istotne, moduł igłowy może pozostawać na miejscu podczas wymiany modułów transportujących leki, umożliwiając podawanie kolejnych dawek bez konieczności ponownego umieszczania całego systemu.
Sterowanie magnetyczne bez baterii i silników
Miliroboty są napędzane i kontrolowane za pomocą zewnętrznego układu cewek elektromagnetycznych. System wykorzystuje pola magnetyczne na zasadzie podobnej do technologii stosowanej w rezonansie magnetycznym. Dzięki temu urządzenia nie wymagają własnego źródła zasilania ani mechanicznych silników. Pozwala to ograniczyć ich rozmiary i ułatwia przemieszczanie się przez trudno dostępne obszary organizmu.
Niewielkie wymiary oraz bezprzewodowe sterowanie mogą umożliwić precyzyjne dostarczanie leków bez konieczności wykonywania rozległych zabiegów chirurgicznych.
Leczenie w kilka godzin zamiast kilku tygodni?
Jedną z największych potencjalnych zalet technologii jest skrócenie czasu terapii. Według założeń zespołu pojedyncza procedura dostarczenia leku mogłaby trwać około 10 minut, natomiast kilka cykli podawania antybiotyków mogłoby zostać przeprowadzonych w ciągu godziny.
W przyszłości mogłoby to ograniczyć konieczność wielotygodniowego leczenia dożylnego. Na obecnym etapie są to jednak przewidywania badaczy, a nie potwierdzone wyniki kliniczne. Nie wykazano jeszcze, że miejscowe podanie antybiotyku za pomocą milirobotów pozwala wyleczyć zapalenie wsierdzia w tak krótkim czasie.
Pierwsze testy zakończone powodzeniem
Naukowcy przetestowali urządzenia na modelach odtwarzających anatomię ludzkiego serca oraz na rzeczywistej tkance serca świńskiego. Miliroboty skutecznie przemieszczały się i wykonywały zaplanowane zadania również w warunkach symulowanego przepływu krwi.
Badania pozostają jednak na etapie przedklinicznym. Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie działania robotów w bardziej zaawansowanych modelach uwzględniających skurcze mięśnia sercowego i ruch jego ścian. Badacze dostrzegają również możliwość wykorzystania technologii w onkologii, szczególnie do miejscowego podawania leków przeciwnowotworowych w trudno dostępnych tkankach.
Główne wnioski
- Naukowcy z Johns Hopkins University opracowali miniaturowe roboty do precyzyjnego dostarczania leków bezpośrednio do zakażonych tkanek serca. Miliroboty mają rozmiary porównywalne z ziarenkiem ryżu i mogą w przyszłości wspierać mniej inwazyjne leczenie infekcyjnego zapalenia wsierdzia.
- Technologia wykorzystuje dwa współpracujące moduły sterowane magnetycznie, które nie wymagają baterii ani silników. Pierwszy moduł przytwierdza się do tkanki serca i pełni funkcję stacji dokującej, a drugi transportuje antybiotyki i uwalnia je bezpośrednio w miejscu zakażenia.
- Według założeń badaczy nowa metoda mogłaby skrócić procedurę podawania leków z kilku tygodni do kilkunastu minut lub godzin. Standardowa antybiotykoterapia infekcyjnego zapalenia wsierdzia trwa zwykle 4–6 tygodni, jednak skuteczność tak znacznego skrócenia leczenia nie została jeszcze potwierdzona klinicznie.
- Pierwsze testy milirobotów na modelach serca i tkance serca świńskiego zakończyły się powodzeniem. Urządzenia działały również przy symulowanym przepływie krwi. Technologia pozostaje na etapie przedklinicznym, a naukowcy planują dalsze badania i rozważają jej zastosowanie także w celowanej terapii nowotworów.
Źródło:
- https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.71353
- Johns Hopkins University
