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Los ingenieros del MIT han desarrollado un robot similar a un cable dirigible magnéticamente que puede deslizarse activamente a través de caminos estrechos y sinuosos, como la vasculatura laberíntica del cerebro.
En el futuro, este hilo robótico puede combinarse con la tecnología endovascular existente, lo que permitirá a los médicos guiar de forma remota un robot a través de los vasos sanguíneos del cerebro de un paciente para tratar rápidamente obstrucciones y lesiones, como las que ocurren en aneurismas y accidentes cerebrovasculares.
“El accidente cerebrovascular es la quinta causa principal de muerte y la principal causa de discapacidad en los Estados Unidos.Si los accidentes cerebrovasculares agudos se pueden tratar en los primeros 90 minutos más o menos, la supervivencia del paciente puede mejorar significativamente”, dice MIT Mechanical Engineering y Zhao Xuanhe, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental. bloqueo durante este período de 'hora de máxima audiencia', podríamos evitar potencialmente un daño cerebral permanente.Esa es nuestra esperanza”.
Zhao y su equipo, incluido el autor principal Yoonho Kim, estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, describen hoy su diseño de robot blando en la revista Science Robotics. Otros coautores del artículo son el estudiante graduado del MIT German Alberto Parada y el estudiante visitante Shengduo Liu.
Para eliminar los coágulos de sangre del cerebro, los médicos suelen realizar una cirugía endovascular, un procedimiento mínimamente invasivo en el que el cirujano inserta un hilo delgado a través de la arteria principal del paciente, generalmente en la pierna o la ingle. Bajo guía fluoroscópica, que usa rayos X para imagen de los vasos sanguíneos, el cirujano gira manualmente el cable hacia los vasos sanguíneos cerebrales dañados. Luego, el catéter se puede pasar a lo largo del cable para administrar el medicamento o el dispositivo de recuperación de coágulos en el área afectada.
El procedimiento puede ser físicamente exigente, dijo Kim, y requiere que los cirujanos estén especialmente capacitados para soportar la exposición repetida a la radiación de la fluoroscopia.
“Es una habilidad muy exigente y simplemente no hay suficientes cirujanos para atender a los pacientes, especialmente en áreas suburbanas o rurales”, dijo Kim.
Las guías médicas que se usan en tales procedimientos son pasivas, lo que significa que deben manipularse manualmente y, a menudo, están hechas de un núcleo de aleación de metal y recubiertas con un polímero, que según Kim puede crear fricción y dañar el revestimiento de los vasos sanguíneos. espacio reducido.
El equipo se dio cuenta de que los desarrollos en su laboratorio podrían ayudar a mejorar dichos procedimientos endovasculares, tanto en el diseño de guías como en la reducción de la exposición de los médicos a cualquier radiación asociada.
En los últimos años, el equipo ha adquirido experiencia en hidrogeles (materiales biocompatibles en su mayoría hechos de agua) y materiales magnéticos de impresión 3D que pueden diseñarse para gatear, saltar e incluso atrapar una pelota, simplemente siguiendo la dirección del imán.
En el nuevo artículo, los investigadores combinaron su trabajo sobre hidrogeles y activación magnética para producir un cable robótico recubierto de hidrogel dirigible magnéticamente, o cable guía, que pudieron hacer lo suficientemente delgado como para guiar magnéticamente los vasos sanguíneos a través de réplicas de cerebros de silicona de tamaño real. .
El núcleo del cable robótico está hecho de una aleación de níquel-titanio, o “nitinol”, un material que es flexible y elástico. A diferencia de las perchas, que conservan su forma cuando se doblan, el cable de nitinol vuelve a su forma original, dándole más flexibilidad al envolver vasos sanguíneos tortuosos y apretados. El equipo recubrió el núcleo del cable con pasta de goma o tinta, e incrustó partículas magnéticas en él.
Finalmente, utilizaron un proceso químico que habían desarrollado previamente para recubrir y unir la capa magnética con un hidrogel, un material que no afecta la capacidad de respuesta de las partículas magnéticas subyacentes, al mismo tiempo que proporciona una superficie biocompatible suave y sin fricción.
Demostraron la precisión y la activación del cable robótico mediante el uso de un gran imán (muy parecido a la cuerda de una marioneta) para guiar el cable a través de la carrera de obstáculos de un pequeño bucle, que recuerda a un cable que pasa por el ojo de una aguja.
Los investigadores también probaron el cable en una réplica de silicona de tamaño real de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, que imitaban tomografías computarizadas del cerebro de un paciente real. El equipo llenó un recipiente de silicona con un líquido que imita la viscosidad de la sangre. , luego manipuló manualmente grandes imanes alrededor del modelo para guiar al robot a través del camino angosto y sinuoso del contenedor.
Los hilos robóticos se pueden funcionalizar, dice Kim, lo que significa que se puede agregar funcionalidad, por ejemplo, administrar medicamentos que reducen los coágulos de sangre o romper obstrucciones con láser. Para demostrar esto último, el equipo reemplazó los núcleos de nitinol de los hilos con fibras ópticas y descubrió que podrían guiar magnéticamente al robot y activar el láser una vez que alcance el área objetivo.
Cuando los investigadores compararon el cable robótico recubierto de hidrogel con el cable robótico sin recubrimiento, descubrieron que el hidrogel proporcionaba al cable una ventaja resbaladiza muy necesaria, lo que le permitía deslizarse a través de espacios más reducidos sin atascarse. En los procedimientos endovasculares, esta propiedad será clave para evitar la fricción y el daño del revestimiento del recipiente a medida que se pasa el hilo.
“Un desafío en la cirugía es poder atravesar los complejos vasos sanguíneos del cerebro que tienen un diámetro tan pequeño que los catéteres comerciales no pueden alcanzar”, dijo Kyujin Cho, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de Seúl.“Este estudio muestra cómo superar este desafío.potencial y permitir procedimientos quirúrgicos en el cerebro sin cirugía abierta”.
¿Cómo protege este nuevo hilo robótico a los cirujanos de la radiación? El cable guía orientable magnéticamente elimina la necesidad de que los cirujanos empujen el cable dentro del vaso sanguíneo del paciente, dijo Kim. Esto significa que el médico tampoco tiene que estar cerca del paciente y , más importante aún, el fluoroscopio que produce la radiación.
En un futuro próximo, prevé que la cirugía endovascular incorpore la tecnología magnética existente, como pares de imanes grandes, lo que permitirá a los médicos estar fuera del quirófano, lejos de los fluoroscopios que toman imágenes del cerebro de los pacientes, o incluso en lugares completamente diferentes.
“Las plataformas existentes pueden aplicar un campo magnético a un paciente y realizar una fluoroscopia al mismo tiempo, y el médico puede controlar el campo magnético con un joystick en otra habitación, o incluso en una ciudad diferente”, dijo Kim. “Esperamos utilice la tecnología existente en el siguiente paso para probar nuestro hilo robótico en vivo”.
La financiación de la investigación provino en parte de la Oficina de Investigación Naval, el Instituto de Nanotecnología para Soldados del MIT y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF).
La reportera de Motherboard, Becky Ferreira, escribe que los investigadores del MIT han desarrollado un hilo robótico que podría usarse para tratar coágulos de sangre neurológicos o accidentes cerebrovasculares. Los robots podrían estar equipados con medicamentos o láseres que “podrían administrarse en áreas problemáticas del cerebro.Este tipo de tecnología mínimamente invasiva también puede ayudar a mitigar el daño de las emergencias neurológicas, como los accidentes cerebrovasculares”.
Los investigadores del MIT han creado un nuevo hilo de robótica magnetrónica que puede serpentear a través del cerebro humano, escribe el reportero del Smithsonian Jason Daley. “En el futuro, podría viajar a través de los vasos sanguíneos del cerebro para ayudar a eliminar los bloqueos”, explica Daly.
El reportero de TechCrunch, Darrell Etherington, escribe que los investigadores de MI han desarrollado un nuevo hilo robótico que podría usarse para hacer que la cirugía cerebral sea menos invasiva. Etherington explicó que el nuevo hilo robótico podría "hacer más fácil y accesible el tratamiento de problemas cerebrovasculares, como bloqueos y lesiones que pueden derivar en aneurismas y accidentes cerebrovasculares”.
Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo gusano robótico controlado magnéticamente que algún día podría ayudar a que la cirugía cerebral sea menos invasiva, informa Chris Stocker-Walker de New Scientist. llegar a los vasos sanguíneos.”
El reportero de Gizmodo, Andrew Liszewski, escribe que un nuevo trabajo robótico similar a un hilo desarrollado por investigadores del MIT podría usarse para eliminar rápidamente obstrucciones y coágulos que causan accidentes cerebrovasculares. que los cirujanos a menudo tienen que soportar”, explicó Liszewski.