Az emésztőrendszeri daganatok száma világszerte növekszik, és a legjobb esély a gyógyulásra az időben történő felismerés. Jelenleg azonban az emésztőrendszer vizsgálatára alkalmazott módszerek rendkívül invazívak, ami sok beteget elriaszt a szűrővizsgálatoktól. Egy új kutatási irány azonban ígéretes alternatívát kínál: puha, mágnesesen irányított mikro-robotok, amelyek méretükben egy vitaminkapszulához hasonlóak, és akár néhány éven belül forradalmasíthatják a diagnosztikát.
A puha mágneses mikro-robotok megalkotása és működése
Kínai kutatók, élükön Qingsong Xu professzorral, a Makaói Egyetem elektromechanikai mérnöki tanszékéről, egy különleges mikro-robot prototípust fejlesztettek ki. Ez a robot az afrikai sivatagban élő aranykerekerő pókok mozgásáról mintázva képes gurulva haladni, nem pedig mászni, mint hagyományos rovarok vagy robotok.
A robot anyaga egy gumiszerű, mágneses komponensekkel ellátott anyagból készült, amelyet már állatok gyomrában, vastagbelében és vékonybelében is teszteltek. A kutatók szerint a robot sikeresen navigált az emésztőrendszer bonyolult környezetében, amely tele van nyálkával, éles kanyarokkal és akár 8 centiméter magas akadályokkal.
Miért van szükség új diagnosztikai eszközökre?
Jelenleg az endoszkópos vizsgálatok a legelterjedtebbek az emésztőrendszer betegségeinek feltérképezésére. Ezek során egy flexibilis csövet – endoszkópot – vezetnek be a beteg száján vagy végbélnyílásán keresztül. Az eljárás gyakran kellemetlen vagy fájdalmas, ezért altatást igényel. Emellett az endoszkóp helytelen kezelése súlyos sérüléseket okozhat, például bélperforációt.
Sokan emiatt halogatják a vizsgálatot, ami veszélyes lehet, hiszen a daganatok így tovább terjedhetnek. Az endoszkópia nemcsak daganatok felismerésére alkalmas, hanem más betegségek – például gyomorfekély vagy Crohn-betegség – diagnosztizálására is használatos.
„A hagyományos endoszkópok sok kellemetlenséget okoznak és nehezen férnek hozzá a test mélyebb, bonyolultabb részeihez” – mondta Xu professzor az IEEE Spectrum magazinnak. „A puha mágneses robot célja egy minimálisan invazív, irányítható és rendkívül rugalmas alternatíva biztosítása.”
A robot mozgásának titka: az aranykerekerő pók mintája
A puha mágneses robot mérete nagyjából egy nagy vitaminkapszuláéval egyezik meg, így könnyen lenyelhető. A robotot egy külső mágneses tér mozgatja előre a gyomron és az egész vékony- valamint vastagbél hosszán át. Ezáltal részletesen feltérképezheti az emésztőrendszer bonyolult terepét anélkül, hogy jelentős kellemetlenséget okozna a páciensnek.
A robot mozgása az afrikai aranykerekerő póktól származik, amely körülbelül 2 centiméter széles és veszély esetén összegömbölyödve legurul a homokdűnéken. A Makaói csapat által fejlesztett robot ugyanígy gurulva halad előre – ám nem gravitáció segítségével, hanem egy külső mágneses erőtér által vezérelve, amely kölcsönhatásba lép a robot lábain elhelyezett apró mágnesekkel.
A precíz irányításhoz a kutatók egy ügyes robotkart fejlesztettek ki, amelyhez egy erős forgó mágnest szereltek. Ez az eszköz közvetlenül a páciens mellett helyezkedik el a vizsgálat során.
Kísérletek és jövőbeli kilátások
A kutatócsoport további élő állatokon végzett kísérleteket tervez, majd ha minden jól alakul, klinikai vizsgálatok következnek embereken is. Xu professzor reményei szerint már öt éven belül orvosok használhatják ezeket a puha pókszerű robotokat belső szervek fájdalommentes vizsgálatára.
„Az orvosi közösség egyre inkább felismeri a puha mágneses robotok potenciálját abban, hogy forradalmasítsák az endoszkópos eljárásokat: csökkentve a beteg kényelmetlenségét és növelve a pontosságot” – hangsúlyozta Xu.
Célzott gyógyszerbevitel és további alkalmazások
A közeljövőben ezek a mikro-robotok nemcsak diagnosztizálhatnak, hanem célzott gyógyszerbevitelt is lehetővé tehetnek például fekélyek vagy daganatok kezelésére. Emellett számos minimálisan invazív beavatkozásban és vizsgálatban is alkalmazhatók lesznek.
Bár még nem kerültek be klinikai gyakorlatba ilyen típusú robotok, a mágnesesen irányított puha robotika gyorsan fejlődő terület. Például Észak-Karolina Állami Egyetem kutatócsoportja nemrég bemutatott egy másik hasonló robotot: ez inkább hernyószerűen mászik előre 3D nyomtatott origami-szerkezetével, melyet külső mágneses erők mozgatnak összehúzódások révén.
Xiaomeng Fang anyagmérnök-asszisztens professzor elmondta az IEEE Spectrum-nak: „Ezek a robotok puhák és távolról irányíthatók. Alakjuk változtatására is képesek, ami nagyon ígéretes belső betegségek kezelésében.”
Összegzés
- Az emésztőrendszeri rák korai felismerése létfontosságú a sikeres kezeléshez.
- A jelenlegi endoszkópos módszerek invazívak és kellemetlenek lehetnek.
- Puha mágneses mikro-robotok új generációja ígéretes alternatívát kínál minimális kellemetlenséggel.
- Ezek a robotok guruló mozgással haladnak előre az emésztőrendszerben külső mágneses tér segítségével.
- A jövőben célzott gyógyszerbevitelt és számos minimálisan invazív beavatkozást is lehetővé tehetnek.
- Klinikai alkalmazásuk várhatóan néhány éven belül megvalósulhat.
Ez az innováció nemcsak kényelmesebbé teheti az emésztőrendszeri betegségek diagnosztikáját, hanem jelentős mértékben növelheti azok pontosságát és biztonságosságát is – új távlatokat nyitva az orvostudományban.
Forrás: https://spectrum.ieee.org/magnetic-pill-sized-robot-cartwheel