درمانهای امروزی که متحول میشوند به طور قطع دیگر ابزارهای قدیمی به کارشان نمیآید و به طور طبیعی باید از ابزارهای نوین بهرهمند شوند. یکی از این ابزارها و روشهای نوین که در درمانهای هدفمند بسیار کاربردی هستند، استفاده از میکرورباتها برای انتقال مواد دارویی به محلهای مورد هدف طراحی و ساخته شدهاند. درواقع، میکرورباتهایی که در قالب یک قطره طراحی و ساخته شدهاند، قادرند دارورسانی دقیق و هدفمند را امکانپذیر کنند و روش دارورسانی داخل وریدی را بهبود بخشند که ۰.۷ درصد از دارو را به بافت هدف ارسال میکند.
رفع لختههای خونی در سکته مغزی
محققان مؤسسه فناوری فدرال زوریخ به تازگی میکرورباتی تولید کردهاند که میتواند داروها را به محلهای خاصی از بدن تزریق کند. این امر میتواند به ویژه در سکته مغزی هنگام رساندن داروها برای حل کردن ترومبوز مسدودکننده عروق خونی مفید باشد. در حال حاضر، این داروها در سراسر بدن پخش میشوند به این معنی که باید دوز بالایی تحویز شوند تا مقدار لازم به لخته خون برسد اما این میتواند عوارض جانبی مانند خونریزی داخلی ایجاد کند. درنتیجه، تحقیقات پزشکی به دنبال یافتن راهی برای استفاده ازمیکرورباتها برای رساندن داروها به محل موردنظر بودهاند. این کار در مورد سکته مغزی به طور مستقیم به ترومبوز انجام میشود.
محققان، این ربات را با استفاده از یک کپسول کروی شکل اختصاصی ساخته شده از یک پوسته ژل محلول توسعه دادند. نانوذرات اکسید آهن در کپسول، خواص مغناطیسی را فراهم کرده و امکان کنترل با آهنرباها را برای هدایت آنها از طریق بدن به مقصد نهایی فراهم میکنند. اما در این میان، به دلیل کوچک بودن اندازه عروق خونی در مغز انسان، با محدودیت ساخت ابعاد این کپسول مواجه بودند. چالش فنیای که محققان در ساخت این میکرورباتها مواجه بودند، اطمینان از این مسئله است که کپسول کوچک ساختهشده به اندازه کافی از ویژگیهای مغناطیسی برخوردار باشد.
میکرورباتها چگونه عمل میکنند؟
این میکروربات به یک عامل کنتراست نیاز دارد تا پزشکان بتوانند حرکت آن را از طریق اشعه ایکس ردیابی کنند. این تحقیق روی نانوذرات تانتالوم متمرکز بوده است. محققان مؤسسه رباتیک و سیستمهای هوشمند، موفق به توسعه نانوذرات اکسیدآهن شدهاند که این سیستم را توانمند میکند. ترکیب عملکرد مغناطیسی، قابلیت تصویربرداری و کنترل دقیق در یک میکروربات واحد، نیازمند همافزایی کامل بین علم مواد و مهندسی رباتیک بود که سالها طول کشید تا محققان درنهایت توانستند با موفقیت به آن دست پیدا کنند.
میکرورباتها حاوی ترکیبات فعالی است که آنها برای تزریق به بدن نیاز دارند. تیم تحقیقاتی در فرایند مطالعات خود، داروهای معمول را در میکرورباتها جای دادند که بتوانند برای تنوعی از کاربردها به کار روند مانند یک عامل حلکننده ترومبوز و آنتیبیوتیک و داروی تومور. این داروها توسط یک میدان مغناطیسی با فرکانس بالا آزاد میشوند که نانوذرات مغناطیسی را گرم کرده و پوسته ژلی و میکرورباتها را حل میکنند.
هدایت میکرورباتها به محل موردنیاز
برای نزدیک کردن میروربات به هدف موردنظر، ابتدا باید آنها را از طریق یک سوند به خون یا مایع مغزینخاعی تزریق کرد. محققان از یک سیستم ناوبری الکترومغناطیسی برای هدایت میکروربات مغناطیسی به محل هدف استفاده کردند. آنها از یک طراحی سوندی شکل براساس یک مدل موجود در بازار با یک سیم هدایت داخلی متصل به یک گیره پلیمری انعطافپذیر استفاده کردند. هنگامی که از هدایت خارجی فراتر میرود، گیره پلیمری باز شده و ربات را آزاد میکند.
پژوهشگران، یک سیستم ناوبری مغناطیسی مولکولی را برای هدایت ربات توسعه دادهاند. سرعت جریان خون قابل تغییر بوده و همین امر ناوبری و هدایت آن را دشوار میکند. آنها از سه استراتژی هدایت مغناطیسی مختلف برای کار در تمام نواحی شریانهای سر استفاده کردند. این امر، کپسول را قادر میسازد تا با استفاده از یک میدان مغناطیسی چرخان در امتداد دیواره عروق حرکت کند. محققان مدعی شدهاند که میتوانند کپسول را با دقت و با سرعت چهار میلیمتر بر ثانیه به هدف خود هدایت کنند.
یک مدل جداگانه، کپسول را با استفاده از گرادیان میدان مغناطیسی حرکت داده و میکروربات درون مخزن را به سمت میدانی قویتر، حتی در خلاف جهت جریان، می کشاند. این امر میتواند کپسول را با سرعت جریان بیش از ۲۰ سانتیمتر بر ثانیه حرکت دهد. زمانی که دستگاه به محل اتصال در عروق میرسد که عبور از آن دشوار است، گرادیان مغناطیسی به سمت دیواره عروق هدایت میشود تا اطمینان حاصل شود که کپسول وارد عروق صحیح میشود. محققان به این روش، هدایت درون جریانی میگویند.
در بیش از ۹۵ درصد از تستهای موردی، کپسول با موفقیت داروی موردنظر را با بهکارگیری از این استراتژیها به محل صحیح هدایت کرده است. از آنجایی که میدانها و گرادیانهای مغناطیسی به عمق بدن نفوذ میکنند و خداقل در قدرتها و فرکانسهایی که قابل استفاده هستند، هیچ اثر مضری بر بدن ندارند، برای روشهای کمتهاجمی ایدهآل هستند.
میکرورباتهایی برای آینده
محققان در آزمایشی که برای آن مدلهای سیلیکونی توسعه دادند که به طور دقیق عروق بیماران و حیوانات را شبیهسازی میکنند، با موفقیت یک لخته خون را هدف قرار داده و آن را حل کردند. آنها اعلام کردند مدلهای آنها به اندازه مؤثر واقع شدهاند که در حال حاضر در آموزش پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند و توسط یک شرکت تابعه موسوم به Swiss Vascular به بازار عرضه میشوند. این مدلها به این دلیل که به طور گسترده برای بهینهسازی استراتژیها و اجزای آن به کار میروند، برای محققان از اهمیت بالایی برخوردارند. این آزمایشها را نمیتوان روی نمونههای جانوری انجام داد.
محققان پس از موفقیت در انجام این مدل، به بررسی این موضوع پرداختند که این میکروربات در مدلهای حیوانی چه کار میتواند انجام دهند. آنها پس از موفقیت در این مدل؛ به بررسی این موضوع پرداختند که این میکروربات در مدلهای حیوانی چه کارهایی میتواند انجام دهد. به عنوان مثال، آنها با آزمایش روی خوکها به این نتیجه رسیدند که هر سه روش هدایت میکروربات عمل کرده و ربات حین انجام عملیات به وضوح قابل مشاهده است. سپس، آنها کپسولها را از طریق مایع مغزینخاعی یک گوسفند هدایت کردند.
امیدی برای بیماران
از دیدگاه محققان، چنین شرایط آناتومیک پیچیدهای، پتانسیل بالایی برای مداخلات درمانی بیشتر دارد به همین دلیل، توانستند از طریق میکروربات راه خود را برای ورود به این محیط پیدا کنند. آنها معتقدند رباتهایی که تولید کردهاند علاوه بر درمان سکته مغزی، قادرند به درمان عفونتهای موضعی یا تومورها نیز کمک کنند. پزشکان بر این باورند که به فناوریای دست یافتهاند که به آنها امکان میدهد سریعتر و مؤثرتر به بیماران کمک کنند و از طریق درمانهای نوآورانه به آنها امید تازهای دهند.
