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 verstrekte afbeeldingen niet wijzigen, alleen bijsnijden tot de juiste maat. Credit moet worden gebruikt bij het kopiëren van afbeeldingen;indien hieronder niet vermeld, crediteer dan "MIT" voor afbeeldingen.
MIT-ingenieurs hebben een magnetisch bestuurbare draadachtige robot ontwikkeld die actief door smalle, kronkelende paden kan glijden, zoals de labyrintische vasculatuur van de hersenen.
In de toekomst kan deze robotdraad worden gecombineerd met bestaande endovasculaire technologie, waardoor artsen op afstand een robot 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 in de eerste 90 minuten kunnen worden behandeld, kan de overleving van de patiënt aanzienlijk worden verbeterd', zeggen MIT Mechanical Engineering en Zhao Xuanhe, universitair hoofddocent civiele techniek en milieutechniek. blokkade tijdens deze 'prime time'-periode, kunnen we mogelijk blijvende hersenbeschadiging voorkomen.Dat is onze hoop.”
Zhao en zijn team, waaronder hoofdauteur Yoonho Kim, een afgestudeerde student aan de afdeling Werktuigbouwkunde van het MIT, beschrijven vandaag hun zachte robotontwerp in het tijdschrift Science Robotics. Shengduo Liu.
Om bloedstolsels uit de hersenen te verwijderen, voeren artsen meestal endovasculaire chirurgie uit, een minimaal invasieve procedure waarbij de chirurg een dunne draad door de hoofdslagader van een patiënt steekt, meestal in het been of de lies. beeld de bloedvaten, de chirurg draait de draad vervolgens handmatig omhoog in de beschadigde hersenbloedvaten. De katheter kan vervolgens langs de draad worden geleid om het medicijn of 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 dienen, vooral in voorstedelijke of landelijke gebieden," 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 gecoat met een polymeer, wat volgens Kim wrijving kan veroorzaken en de bekleding van bloedvaten kan beschadigen. krappe ruimte.
Het team realiseerde zich dat ontwikkelingen in hun laboratorium dergelijke endovasculaire procedures zouden kunnen helpen verbeteren, zowel bij het ontwerp van voerdraden als bij het verminderen van de blootstelling van artsen aan eventuele bijbehorende straling.
De afgelopen jaren heeft het team expertise opgebouwd op het gebied van hydrogels (biocompatibele materialen die meestal uit water bestaan) en 3D-geprinte magneto-aangedreven materialen die kunnen worden ontworpen om te kruipen, springen en zelfs een bal te vangen, gewoon door de richting van de magneet.
In het nieuwe artikel combineerden de onderzoekers hun werk aan hydrogels en magnetische aandrijving om een ​​magnetisch bestuurbare, met hydrogel gecoate robotdraad of voerdraad te produceren die ze dun genoeg konden maken om bloedvaten magnetisch door levensgrote siliconen replica-hersenen 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, flexibiliteit bij het omwikkelen van strakke, kronkelige bloedvaten. Het team bedekte de kern van de draad met rubberpasta, of inkt, en integreerde 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 het reactievermogen van de onderliggende magnetische deeltjes niet beïnvloedt, terwijl het toch een glad, wrijvingsvrij, biocompatibel oppervlak biedt.
Ze demonstreerden de precisie en activering van robotdraad door een grote magneet te gebruiken (vergelijkbaar met het touw van een marionet) 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. , manipuleerde vervolgens 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 medicijnen af ​​te leveren die bloedstolsels verminderen of blokkades te doorbreken met lasers. Om dit laatste te demonstreren, 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 niet-gecoate robotdraad, ontdekten ze dat de hydrogel de draad het broodnodige gladde voordeel gaf, waardoor hij door nauwere ruimtes kon glijden zonder vast te lopen. Bij endovasculaire procedures, deze eigenschap is essentieel 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 niet kunnen bereiken", zegt Kyujin Cho, een professor in werktuigbouwkunde aan de Seoul National University.“Deze studie laat zien hoe deze uitdaging kan worden overwonnen.potentieel en chirurgische ingrepen in de hersenen mogelijk maken 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 , wat nog belangrijker is, de fluoroscoop die de straling produceert.
In de nabije toekomst voorziet hij endovasculaire chirurgie waarbij 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 totaal verschillende locaties.
"Bestaande platforms kunnen een magnetisch veld op een patiënt aanbrengen en tegelijkertijd een fluoroscopie uitvoeren, en de dokter 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.”
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 kan worden gebruikt om neurologische bloedstolsels of beroertes te behandelen. Robots zouden kunnen worden uitgerust met medicijnen of lasers die “zou kunnen worden afgeleverd in probleemgebieden van de hersenen.Dit soort minimaal invasieve technologie kan ook helpen bij het verminderen van schade door neurologische noodsituaties zoals beroertes."
MIT-onderzoekers hebben een nieuwe draad van magnetronrobotica gecreëerd die door het menselijk brein kan kronkelen, schrijft Smithsonian-verslaggever Jason Daley.
TechCrunch-verslaggever Darrell Etherington schrijft dat MI-onderzoekers een nieuwe robotdraad hebben ontwikkeld die zou kunnen worden gebruikt om hersenchirurgie minder ingrijpend te maken. laesies die kunnen leiden tot aneurysma's en beroertes."
Onderzoekers van het MIT hebben een nieuwe magnetisch gestuurde robotworm ontwikkeld die ooit zou kunnen helpen om hersenchirurgie minder ingrijpend te maken, meldt Chris Stocker-Walker van New Scientist. bloedvaten bereiken.”
Gizmodo-verslaggever Andrew Liszewski schrijft dat een nieuw draadachtig robotwerk, ontwikkeld door MIT-onderzoekers, kan worden gebruikt om snel blokkades en stolsels te verwijderen die beroertes veroorzaken. die chirurgen vaak moeten doorstaan”, legt Liszewski uit.