Микроскопические роботы-"трансформеры" объединяются для прорыва закупоренных артерий

Группы микроскопических магнитных роботизированных бусин могут в будущем присоединиться к лучшим сосудистым хирургам мира для борьбы с закупоренными артериями. Эти микророботы, которые выглядят и двигаются как спиралевидные бактерии, разрабатываются инженерами-механиками из Университета Дрекселя в рамках хирургического набора инструментов, создаваемого Институтом науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) в Южной Корее.

Профессор МинДжун Ким, доктор философии, директор лаборатории BASTLab в Дрекселе, добавляет обширные работы своей команды в области биоинспирированной микроробототехники в международную исследовательскую инициативу на $18 млн от Корейского института оценки промышленных технологий (KEIT). Цель — создать минимально инвазивную процедуру с помощью микророботов для лечения закупоренных артерий в течение пяти лет.

DGIST, государственный исследовательский институт в Южной Корее, возглавляет партнерство из 11 учреждений, включающее ведущих мировых инженеров и робототехников. Команда Дрекселя, единственный представитель из США, уже близка к адаптации технологии роботизированных "микропловцов" для очистки артерий.

Микропловцы Кима — это цепочки из трех или более бусин оксида железа (Fe₂O₃), жестко связанных химическими связями и магнитной силой. Эти цепочки достаточно малы (порядка нанометров), чтобы перемещаться в кровотоке. Бусины приводятся в движение внешним магнитным полем, которое заставляет каждую из них вращаться. Поскольку они связаны, их индивидуальное вращение заставляет цепочку скручиваться, как штопор, что и создает движение.

Контролируя магнитное поле, Ким может управлять скоростью и направлением микропловцов. Магнетизм также позволяет исследователям соединять отдельные цепочки в более длинные нити, которые затем могут двигаться с большей силой.

Исследование, недавно опубликованное в Journal of Nanoparticle Research, — одна из причин, по которой лаборатория Кима была выбрана для этого амбициозного проекта.

Вдохновением для использования роботизированных пловцов в качестве микроскопических буров послужила бактерия Borrelia burgdorferi, вызывающая болезнь Лайма. Ее спиральная форма позволяет ей бурить здоровые ткани.

Исследователи DGIST планируют использовать это поведение микропловцов, чтобы расшатать артериальную бляшку, вызывающую закупорку, и проложить путь для сосудистого зонда.

Зонд, похожий на крошечную дрель, разрабатывается Брэдли Нельсоном из ETH Zurich, пионером в области микророботизированной хирургии. План команды — использовать катетер для доставки микропловцов и дрели непосредственно к заблокированной артерии. Сначала пловцы пробиваются в закупорку, затем дрель полностью ее очищает.

После восстановления кровотока цепочки микропловцов могут рассредоточиться и доставить антикоагулянтный препарат непосредственно в пораженную область для предотвращения будущих закупорок.

Эта процедура может заменить два наиболее распространенных метода лечения закупоренных артерий: стентирование и ангиопластику.

"Текущие методы лечения хронической тотальной окклюзии успешны лишь примерно в 60% случаев, — говорит Ким. — Мы считаем, что разрабатываемый нами метод может быть успешен в 80–90% случаев и, возможно, сократит время восстановления".