El hilo robótico está diseñado para deslizarse dentro de los vasos sanguíneos del cerebro.



Los ingenieros del MIT han desarrollado un robot con orientación magnética, similar a un cable, que puede deslizarse activamente en vías estrechas y sinuosas, como el sistema cerebrovascular del cerebro.

En el futuro, este cable robótico podría asociarse con las tecnologías endovasculares existentes, lo que permitiría a los médicos guiar de forma remota el robot hacia los vasos cerebrales del paciente para tratar rápidamente bloqueos y lesiones, como las causadas por aneurismas. y derrame cerebral.

"El accidente cerebrovascular es la quinta causa principal de muerte y una de las principales causas de discapacidad en los Estados Unidos. Si se puede tratar un accidente cerebrovascular agudo en los primeros 90 minutos más o menos, la tasa de supervivencia de los pacientes podría aumentar significativamente ", dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT. "Si pudiéramos diseñar un dispositivo para revertir el bloqueo de los vasos sanguíneos durante esta" hora dorada ", podríamos evitar el daño cerebral irreversible. Es nuestra esperanza "

Zhao y su equipo, incluido el autor principal Yoonho Kim, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, describen su diseño robótico suave hoy en el documento. Ciencia robótica. Los otros coautores del periódico son el estudiante alemán MIT Alberto Parada y el estudiante visitante Shengduo Liu.

En una situacion dificil

Para eliminar los coágulos de sangre en el cerebro, los médicos a menudo realizan un procedimiento endovascular, una cirugía mínimamente invasiva en la que un cirujano inserta un cable delgado en la arteria principal del paciente, generalmente en la pierna o la ingle. Guiado por un fluoroscopio que simula simultáneamente los vasos sanguíneos con rayos X, el cirujano gira manualmente el cable en el vaso cerebral dañado. Luego se puede enroscar un catéter a lo largo del cable para administrar medicamentos o dispositivos de recuperación de coágulos al área afectada.

Según Kim, el procedimiento puede ser físicamente exigente y requerir cirujanos, que deben estar entrenados específicamente para esta tarea, para resistir la exposición repetida a la radiación radioscópica.

"Es una habilidad exigente y simplemente no hay suficientes cirujanos para los pacientes, especialmente en los suburbios o áreas rurales", dice Kim.

Las guías médicas utilizadas en tales procedimientos son pasivas, lo que significa que deben manipularse manualmente y generalmente consisten en un núcleo de aleaciones de metal recubiertas de polímero, un material que, según Kim, podría generar fricción y Dañe los revestimientos de los vasos si el cable permanece temporalmente atascado en un espacio particularmente estrecho.

El equipo se dio cuenta de que los desarrollos en su laboratorio podrían ayudar a mejorar dichos procedimientos endovasculares, tanto en el diseño del cable guía como en la reducción de la exposición del médico a la radiación asociada.

Enhebrar una aguja

En los últimos años, el equipo ha adquirido experiencia tanto en hidrogeles, materiales biocompatibles hechos principalmente de agua, como materiales accionados magnéticamente impresos en 3D que pueden diseñarse para gatear, saltar e incluso atrapar una bala, simplemente Seguir la dirección de un imán.

En este nuevo artículo, los investigadores combinaron su trabajo en hidrogeles y en accionamiento magnético para producir un alambre guía o alambre guía orientado térmicamente, orientable magnéticamente, recubierto con hidrogel. pudieron adelgazar lo suficiente como para guiar magnéticamente una réplica de silicona de tamaño real. vasos sanguíneos del cerebro.

El corazón del cable robótico es la aleación de níquel-titanio, o "nitinol", un material tanto flexible como elástico. A diferencia de una percha, que conservaría su forma una vez doblada, un alambre de nitinol recuperaría su forma original, lo que le daría más flexibilidad para enrollarse en vasos tortuosos y apretados. El equipo cubrió el núcleo del cable con una pasta de goma, o tinta, en la que incorporaron partículas magnéticas.

Finalmente, utilizaron un proceso químico desarrollado previamente para recubrir y unir el recubrimiento magnético con hidrogel, un material que no afecta la reactividad de las partículas magnéticas subyacentes, al tiempo que proporciona una superficie al cable biocompatible liso y sin fricción.

Demostraron la precisión y la activación del hilo robótico utilizando un imán grande, similar a las cuerdas de una marioneta, para guiar el hilo a través de una carrera de obstáculos compuesta de pequeños anillos, que recuerda el hilo que se abría paso El ojo de una aguja.

Los investigadores también probaron el plomo en una réplica de silicona de tamaño real de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, modelados en las tomografías computarizadas del cerebro de un paciente real. El equipo llenó los vasos de silicona con un líquido que simulaba la viscosidad de la sangre, luego manipuló manualmente un gran imán alrededor del modelo para dirigir el robot hacia los estrechos y sinuosos pasillos de los vasos.

Según Kim, el cable robótico se puede funcionalizar, lo que significa que se pueden agregar características, por ejemplo, para administrar medicamentos reductores de coágulos o romper bloqueos con luz láser. Para demostrar este último punto, el equipo reemplazó el núcleo de nitinol del cable con una fibra óptica y descubrió que podía conducir magnéticamente el robot y activar el láser una vez que el robot había alcanzado la región objetivo.

Cuando los investigadores compararon el cable robótico con el cable de hidrogel y el cable de hidrogel no recubierto, descubrieron que el hidrogel confería al cable una ventaja indispensable y resbaladiza, permitiéndole deslizarse en espacios más restringidos. sin atascarse En la cirugía endovascular, esta propiedad sería esencial para evitar la fricción y las lesiones de los revestimientos de los vasos durante el paso del cable.

"Uno de los desafíos de la cirugía ha sido navegar por los complejos vasos sanguíneos del cerebro, que tiene un diámetro muy pequeño y que los catéteres comerciales no pueden alcanzar", dice Kyujin Cho, profesor de ingeniería mecánica en Universidad Nacional de Seúl. . "Esta investigación ha demostrado el potencial para superar este desafío y permitir intervenciones quirúrgicas en el cerebro sin cirugía abierta".

¿Y cómo puede este nuevo cable robótico evitar que los cirujanos emitan radiación? Kim dice que un cable guía guiado magnéticamente elimina la necesidad de que los cirujanos empujen físicamente un cable dentro de los vasos sanguíneos del paciente. Esto significa que los médicos tampoco necesitarían estar cerca de un paciente y, lo que es más importante, un fluoroscopio que genera radiación.

En el futuro cercano, está considerando cirugías endovasculares que incorporen tecnologías magnéticas existentes, como pares de imanes grandes, cuyos médicos pueden manipular datos desde fuera de la sala de operaciones, lejos del fluoroscopio, para obtener imágenes del cerebro. paciente, incluso en su totalidad. lugar diferente

"Las plataformas existentes podrían aplicar un campo magnético y realizar el procedimiento de rayos X al mismo tiempo para el paciente, y el médico podría estar en la habitación contigua, o incluso en una ciudad diferente, controlando el campo magnético con un joystick Kim explica. "Nuestra esperanza es aprovechar las tecnologías existentes para probar nuestro hilo robótico in vivo en la siguiente etapa".

Esta investigación fue financiada en parte por la Oficina de Investigación Naval, el Instituto MIT para la Nanotecnología del Soldado y la National Science Foundation (NSF).

Deja un comentario