Afbeeldingen die beschikbaar zijn om te downloaden op de MIT Press Office-website worden verstrekt aan niet-commerciële entiteiten, de pers en het publiek onder een Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License. U mag de geleverde afbeeldingen niet wijzigen, maar ze alleen bijsnijden tot de juiste formaat. Bij het kopiëren van afbeeldingen moet krediet worden gebruikt;indien hieronder niet vermeld, vermeld dan "MIT" voor afbeeldingen.
MIT-ingenieurs hebben een magnetisch bestuurbare draadachtige robot ontwikkeld die actief door smalle, kronkelende paden kan glijden, zoals het labyrintische vaatstelsel van de hersenen.
In de toekomst kan deze robotdraad worden gecombineerd met bestaande endovasculaire technologie, waardoor artsen een robot op afstand door de hersenbloedvaten van een patiënt kunnen leiden om snel blokkades en laesies te behandelen, zoals die optreden bij aneurysma's en beroertes.
“Beroerte is de vijfde belangrijkste doodsoorzaak en de belangrijkste oorzaak van invaliditeit in de Verenigde Staten.Als acute beroertes binnen de eerste negentig minuten kunnen worden behandeld, kan de overleving van de patiënt aanzienlijk worden verbeterd”, zegt MIT Mechanical Engineering en Zhao Xuanhe, universitair hoofddocent civiele techniek en milieutechniek. “Als we een apparaat kunnen ontwerpen om vasculaire aandoeningen om te keren blokkade tijdens deze ‘prime time’-periode zouden we potentieel permanente hersenbeschadiging kunnen voorkomen.Dat is onze hoop.”
Zhao en zijn team, waaronder hoofdauteur Yoonho Kim, een afgestudeerde student aan de afdeling Werktuigbouwkunde van MIT, beschrijven vandaag hun zachte robotontwerp in het tijdschrift Science Robotics. Andere co-auteurs van het artikel zijn MIT-afgestudeerde student German Alberto Parada en gaststudent Shengduo Liu.
Om bloedstolsels uit de hersenen te verwijderen, voeren artsen gewoonlijk endovasculaire chirurgie uit, een minimaal invasieve procedure waarbij de chirurg een dun draadje door de hoofdslagader van de patiënt steekt, meestal in het been of de lies. Onder fluoroscopische begeleiding, waarbij röntgenstralen worden gebruikt om tegelijkertijd Breng de bloedvaten in beeld, waarna de chirurg de draad handmatig omhoog draait in de beschadigde hersenbloedvaten. De katheter kan vervolgens langs de draad worden geleid om het medicijn of het stolselverwijderingsapparaat naar het getroffen gebied te brengen.
De procedure kan fysiek veeleisend zijn, zei Kim, en vereist dat chirurgen speciaal zijn opgeleid om de herhaalde blootstelling aan straling van fluoroscopie te weerstaan.
"Het is een zeer veeleisende vaardigheid, en er zijn simpelweg niet genoeg chirurgen om patiënten te helpen, vooral in voorsteden of op het platteland," zei Kim.
Medische voerdraden die bij dergelijke procedures worden gebruikt, zijn passief, wat betekent dat ze handmatig moeten worden gemanipuleerd, en zijn vaak gemaakt van een kern van een metaallegering en bedekt met een polymeer, wat volgens Kim wrijving kan veroorzaken en de bekleding van bloedvaten kan beschadigen. Tijdelijk vastzitten in een bijzonder krappe ruimte.
Het team realiseerde zich dat ontwikkelingen in hun laboratorium dergelijke endovasculaire procedures konden helpen verbeteren, zowel bij het ontwerp van voerdraden als bij het verminderen van de blootstelling van artsen aan de bijbehorende straling.
De afgelopen jaren heeft het team expertise opgebouwd op het gebied van hydrogels (biocompatibele materialen die grotendeels uit water bestaan) en het 3D-printen van magnetisch aangedreven materialen die kunnen worden ontworpen om te kruipen, springen en zelfs een bal te vangen, gewoon door de richting van de bal te volgen. magneet.
In het nieuwe artikel combineerden de onderzoekers hun werk op het gebied van hydrogels en magnetische aandrijving om een ​​magnetisch bestuurbare, met hydrogel gecoate robotdraad of geleidedraad te produceren die ze dun genoeg konden maken om bloedvaten magnetisch door levensgrote siliconen replicahersenen te geleiden. .
De kern van de robotdraad is gemaakt van een nikkel-titaniumlegering, of ‘nitinol’, een materiaal dat zowel buigbaar als elastisch is. In tegenstelling tot hangers, die hun vorm behouden wanneer ze worden gebogen, keert de nitinoldraad terug naar zijn oorspronkelijke vorm, waardoor deze meer kracht krijgt. flexibiliteit bij het omwikkelen van strakke, kronkelige bloedvaten. Het team bedekte de kern van de draad met rubberpasta of inkt en plaatste er magnetische deeltjes in.
Ten slotte gebruikten ze een chemisch proces dat ze eerder hadden ontwikkeld om de magnetische overlay te coaten en te verbinden met een hydrogel – een materiaal dat de responsiviteit van de onderliggende magnetische deeltjes niet beïnvloedt, maar toch een glad, wrijvingsvrij, biocompatibel oppervlak biedt.
Ze demonstreerden de precisie en activering van robotdraad door een grote magneet (net als het touw van een pop) te gebruiken om de draad door de hindernisbaan van een kleine lus te leiden, die doet denken aan een draad die door het oog van een naald gaat.
De onderzoekers testten de draad ook in een levensgrote siliconenreplica van de belangrijkste bloedvaten van de hersenen, inclusief stolsels en aneurysma's, die CT-scans van de hersenen van een echte patiënt nabootsten. Het team vulde een siliconencontainer met een vloeistof die de viscositeit van bloed nabootst. Vervolgens manipuleerde hij handmatig grote magneten rond het model om de robot door het kronkelende, smalle pad van de container te leiden.
Robotdraden kunnen worden gefunctionaliseerd, zegt Kim, wat betekent dat functionaliteit kan worden toegevoegd, bijvoorbeeld door het afleveren van medicijnen die bloedstolsels verminderen of blokkades doorbreken met lasers. Om dit laatste aan te tonen verving het team de nitinolkernen van de draden door optische vezels en ontdekte dat ze konden de robot magnetisch geleiden en de laser activeren zodra deze het doelgebied bereikte.
Toen de onderzoekers de met hydrogel gecoate robotdraad vergeleken met de ongecoate robotdraad, ontdekten ze dat de hydrogel de draad het broodnodige gladde voordeel gaf, waardoor deze door nauwere ruimtes kon glijden zonder dat hij vast kwam te zitten. deze eigenschap zal van cruciaal belang zijn om wrijving en schade aan de bekleding van het vat te voorkomen wanneer de draad wordt gepasseerd.
“Een uitdaging bij chirurgie is het kunnen doorkruisen van de complexe bloedvaten in de hersenen die zo klein in diameter zijn dat commerciële katheters er niet bij kunnen komen”, zegt Kyujin Cho, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Seoul National University.“Deze studie laat zien hoe we deze uitdaging kunnen overwinnen.potentieel en maken chirurgische ingrepen in de hersenen mogelijk zonder open chirurgie.”
Hoe beschermt deze nieuwe robotdraad chirurgen tegen straling? De magnetisch bestuurbare voerdraad elimineert de noodzaak voor chirurgen om de draad in het bloedvat van een patiënt te duwen, zei Kim. Dit betekent dat de arts ook niet dicht bij de patiënt hoeft te zijn en , nog belangrijker, de fluoroscoop die de straling produceert.
In de nabije toekomst voorziet hij endovasculaire chirurgie waarin bestaande magnetische technologie wordt geïntegreerd, zoals paren grote magneten, waardoor artsen buiten de operatiekamer kunnen zijn, weg van fluoroscopen die de hersenen van patiënten in beeld brengen, of zelfs op compleet andere locaties.
“Bestaande platforms kunnen een magnetisch veld op een patiënt aanbrengen en tegelijkertijd een fluoroscopie uitvoeren, en de arts kan het magnetische veld besturen met een joystick in een andere kamer of zelfs in een andere stad”, zei Kim. gebruik bestaande technologie in de volgende stap om onze robotdraad in vivo te testen.”
De financiering voor het onderzoek kwam gedeeltelijk van het Office of Naval Research, het Soldier Nanotechnology Institute van MIT en de National Science Foundation (NSF).
Motherboard-verslaggever Becky Ferreira schrijft dat MIT-onderzoekers een robotdraad hebben ontwikkeld die gebruikt zou kunnen worden om neurologische bloedstolsels of beroertes te behandelen. Robots zouden kunnen worden uitgerust met medicijnen of lasers die “in probleemgebieden van de hersenen kunnen worden afgeleverd.Dit soort minimaal invasieve technologie kan ook helpen de schade als gevolg van neurologische noodsituaties zoals beroertes te beperken.”
MIT-onderzoekers hebben een nieuwe draad van magnetronrobotica gecreëerd die door het menselijk brein kan slingeren, schrijft Smithsonian verslaggever Jason Daley. “In de toekomst zou het door de bloedvaten in de hersenen kunnen reizen om blokkades te helpen opruimen”, legt Daly uit.
TechCrunch-verslaggever Darrell Etherington schrijft dat MI-onderzoekers een nieuwe robotdraad hebben ontwikkeld die gebruikt zou kunnen worden om hersenchirurgie minder invasief te maken. Etherington legde uit dat de nieuwe robotdraad “het gemakkelijker en toegankelijker zou kunnen maken om cerebrovasculaire problemen te behandelen, zoals blokkades en laesies die kunnen leiden tot aneurysma's en beroertes.
MIT-onderzoekers hebben een nieuwe magnetisch bestuurde robotworm ontwikkeld die op een dag hersenchirurgie minder invasief zou kunnen maken, meldt Chris Stocker-Walker van New Scientist. Bij tests op een siliciummodel van het menselijk brein ‘kan de robot zich door moeilijk te bloedvaten bereiken.”
Gizmodo-verslaggever Andrew Liszewski schrijft dat een nieuw draadachtig robotwerk, ontwikkeld door MIT-onderzoekers, zou kunnen worden gebruikt om snel blokkades en stolsels op te ruimen die beroertes veroorzaken. Robots zouden niet alleen operaties na een beroerte sneller en sneller kunnen maken, maar ook de blootstelling aan straling kunnen verminderen. waar chirurgen vaak mee te maken krijgen”, legt Liszewski uit.