Udar mózgu co roku dotyka około 12 milionów ludzi na całym świecie. Wiele osób nie przeżywa, a jeszcze więcej zostaje z trwałymi deficytami neurologicznymi. Mimo dostępnych terapii współczesna medycyna wciąż szuka bardziej skutecznych i bezpiecznych sposobów leczenia. Teraz naukowcy przedstawiają przełomowy pomysł: mikroroboty zdolne do precyzyjnego dotarcia do zakrzepu i uwolnienia leku dokładnie tam, gdzie jest potrzebny.
Dlaczego leczenie udaru wymaga nowego podejścia?
Obecnie stosowane leki na udar, tzw. trombolityki, mają za zadanie rozpuścić zakrzep blokujący naczynie w mózgu. Jednak podawane są dożylnie i krążą w całym organizmie. Aby dotarły do celu, lekarze muszą stosować wysokie dawki, co zwiększa ryzyko groźnych powikłań, takich jak krwawienia wewnętrzne. Problem polega na tym, że lek jest potrzebny w jednym małym miejscu, ale trafia wszędzie.
Jak mikroroboty mogą odmienić medycynę?
Naukowcy od lat pracują nad ideą mikrourządzeń, które mogłyby poruszać się po ludzkim organizmie i dostarczać lek tylko do chorej tkanki. W przypadku udaru oznaczałoby to skierowanie urządzenia wprost do zatoru, bez obciążania całego organizmu. Taka precyzyjna terapia mogłaby znaleźć zastosowanie także przy leczeniu głębokich infekcji, nowotworów czy trudno dostępnych stanów zapalnych.
Obejrzyj też: Jak powstaje nowy lek.
Mikrorobot z rozpuszczalną kapsułą
Zespół z ETH Zurich opracował system oparty na maleńkiej sferycznej kapsule z żelowej otoczki, która rozpuszcza się w organizmie.
Kapsuła zawiera nanocząstki tlenku żelaza – dzięki nim można sterować jej ruchem za pomocą pola magnetycznego. Badacze stanęli przed dwoma wyzwaniami: średnica naczyń w mózgu jest bardzo mała, a mikrorobot musi być jednocześnie wystarczająco magnetyczny, by móc nim sterować. Po latach prób udało się połączyć jedno i drugie.
Widoczność na obrazach medycznych
Aby lekarze mogli śledzić mikrorobota w czasie zabiegu, do kapsuły wprowadzono nanocząstki tantalu, które są dobrze widoczne w promieniach X. Materiał ten jest stosowany w medycynie, lecz jest cięższy i trudniejszy do kontrolowania niż tlenek żelaza, dlatego jego integracja z systemem była jednym z największych wyzwań technologicznych.
Kapsuła wypełniona prawdziwymi lekami
Kapsuły testowano już z realnymi substancjami leczniczymi: lekami trombolitycznymi (stosowanymi w udarze), antybiotykiem oraz lekiem przeciwnowotworowym.
Żelowa otoczka działa jak bezpieczny pojemnik, który chroni lek do momentu dotarcia na miejsce.
Uwolnienie leku następuje poprzez podgrzanie nanocząstek wysoką częstotliwością pola magnetycznego. Ciepło rozpuszcza żelową osłonę i mikrorobot rozpada się, uwalniając lek punktowo, bez obciążania innych narządów.
Jak mikroroboty poruszają się w organizmie?
Wprowadzenie mikrorobota odbywa się za pomocą specjalnie zaprojektowanego cewnika, podobnego do tych stosowanych już w leczeniu udaru. Wewnątrz cewnika znajduje się elastyczny chwytak, który uwalnia kapsułę w precyzyjnym miejscu, np. w tętnicy mózgowej lub w płynie mózgowo-rdzeniowym.
Prowadzenie mikrorobota to jednak ogromne wyzwanie. Przepływ krwi w tętnicach jest szybki i zmienny, a naczynia często mają ostre zakręty i odgałęzienia.
Trzy strategie nawigacji magnetycznej
Aby utrzymać kontrolę nad kapsułą, naukowcy stworzyli zaawansowany system elektromagnetyczny dla sali operacyjnej. W jego ramach stosuje się trzy techniki:
1. Napęd obrotowy
Rotujące pole magnetyczne sprawia, że kapsuła „toczy się” po ścianie naczynia, co pozwala na precyzyjną zmianę kierunku.
2. Przemieszczanie gradientowe
Różnica w natężeniu pola magnetycznego „ciągnie” kapsułę pod prąd krwi – nawet przy przepływach przekraczających 7,9 cala na sekundę.
3. Nawigacja z wykorzystaniem przepływu
Przy rozwidleniach naczyń kapsuła jest kierowana do właściwej gałęzi dzięki ukierunkowanemu polu magnetycznemu i siłom naturalnego przepływu krwi.
W ponad 95% testów mikroroboty docierały dokładnie tam, gdzie planowali naukowcy, a następnie skutecznie uwalniały lek.
Modele naczyń i testy w zwierzętach
Zanim badacze przystąpili do badań na zwierzętach, stworzyli przezroczyste silikonowe modele naczyń, odtworzone na podstawie prawdziwych anatomii pacjentów. Pozwoliło to na wielokrotne testy i udoskonalenie techniki.
Modele te są już wykorzystywane w szkoleniach medycznych.
Następnie mikroroboty przetestowano u świń oraz w płynie mózgowo-rdzeniowym owiec. W obu przypadkach system zadziałał – mikrorobot był widoczny, sterowalny i w stanie pokonywać złożone ścieżki anatomiczne.
Nowa droga rozwoju terapii udaru
Pierwszym głównym zastosowaniem systemu ma być leczenie udaru mózgu. Precyzyjne i szybkie dotarcie do zakrzepu może zwiększyć szanse pacjenta na przeżycie i zmniejszyć ryzyko trwałej niepełnosprawności. W przyszłości ta sama technologia mikrorobotów może umożliwić bezpieczne dostarczanie leków przeciwnowotworowych bez uszkadzania zdrowych tkanek lub kierowanie antybiotyków do głęboko położonych infekcji. Naukowcy podkreślają, że projekt od początku tworzono z myślą o realnym zastosowaniu klinicznym – zarówno pod względem konstrukcji cewnika, jak i układu elektromagnetycznego. .Kolejny krok to badania kliniczne u ludzi
Źródło: https://www.earth.com/news/microrobots-can-deliver-stroke-drugs-directly-to-blocked-vessels/