Los robots micro nadadores de Drexel (abajo) están modelados, en forma y movimiento, después de las bacterias en forma de espiral, Borrelia burgdorferi (arriba), que causan la enfermedad de Lyme.
Enjambres de microscópicos, magnético, Las perlas robóticas podrían estar restregando junto a los mejores cirujanos vasculares del mundo, todos apuntando a las arterias bloqueadas. Estos microrobots, que se ven y se mueven como bacterias en forma de sacacorchos, están siendo desarrollados por ingenieros mecánicos de la Universidad de Drexel como parte de un conjunto de herramientas quirúrgicas que está ensamblando el Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk (DGIST) en Corea del Sur.
MinJun Kim, Doctor, profesor de la Facultad de Ingeniería y director de la Actuación Biológica, Laboratorio de detección y transporte (BASTLab) en Drexel, está agregando el extenso trabajo de su equipo en microrobotics bioinspirados a una iniciativa de investigación internacional de $ 18 millones del Instituto de Evaluación de Tecnologías Industriales de Corea (KEIT) que se propone crear un sistema mínimamente invasivo, procedimiento asistido por microbot para tratar las arterias bloqueadas en un plazo de cinco años.
DGIST, una entidad de investigación financiada por el gobierno en Daegu, Corea del Sur, es el líder de la asociación de 11 instituciones, que incluye a algunos de los mejores ingenieros y especialistas en robótica del mundo. El equipo de Drexel, los únicos representantes de los Estados Unidos, ya está en camino de adaptar la tecnología robótica de "micro nadador" para limpiar arterias.
"La microrrobótica es todavía un campo de estudio bastante incipiente, y muy en su infancia cuando se trata de aplicaciones médicas, ", Dijo Kim." Un proyecto como este, porque cuenta con el respaldo de instituciones líderes y tiene un objetivo tan desafiante, es una oportunidad para impulsar tanto la medicina como la microbótica a un lugar nuevo y emocionante ".
Los micro nadadores de Kim son cadenas de tres o más perlas de óxido de hierro, rígidamente unidos entre sí a través de enlaces químicos y fuerza magnética. Estas cadenas son lo suficientemente pequeñas, del orden de nanómetros, para que puedan navegar en el torrente sanguíneo como un bote diminuto. Las perlas se ponen en movimiento mediante un campo magnético externo que hace que cada una de ellas gire. Porque están vinculados entre sí, sus rotaciones individuales hacen que la cadena se retuerza como un sacacorchos y este movimiento impulsa al micro nadador.
Controlando el campo magnético, Kim puede dirigir la velocidad y la dirección de los micro nadadores. La implicación del magnetismo también permite a los investigadores unir hebras separadas de micro nadadores para hacer cuerdas más largas. que luego se puede propulsar con mayor fuerza.
Esta investigación, que se informó recientemente en el Revista de investigación de nanopartículas , es una de las razones por las que se eligió el laboratorio de Kim para el ambicioso proyecto.
"Nuestra tecnología de micro nadador accionada magnéticamente es la opción perfecta para este proyecto, "Dijo Kim." Los micro nadadores están compuestos de perlas biodegradables inorgánicas, por lo que no desencadenarán una respuesta inmune en el cuerpo. Y podemos ajustar su tamaño y propiedades de superficie para tratar con precisión cualquier tipo de oclusión arterial ".
La inspiración de Kim para usar a los nadadores robóticos como pequeños taladros en realidad provino de una bacteria maliciosa que causa estragos en el interior del cuerpo al hacer precisamente eso:excavar a través del tejido sano. Borrelia burgdorferi, la bacteria que causa la enfermedad de Lyme, se clasifica por su forma de espiral, lo que permite tanto su movimiento como la destrucción celular resultante.
Los investigadores de la DGIST planean aprovechar este comportamiento en los micro nadadores para abrir el camino a una sonda vascular al aflojar la placa arterial que está causando el bloqueo.
Usando campos magnéticos (representación visual a la derecha) generados por un dispositivo electromagnético (izquierda), los ingenieros de Drexel pueden controlar el movimiento de sus robots micro-nadadores.
La sonda, que parece un pequeño taladro, está siendo diseñado por Bradley Nelson de ETH Zurich, pionero en el campo de la cirugía microrobótica. El plan del equipo es usar un catéter para administrar los micro nadadores y el taladro directamente a la arteria bloqueada. Desde allí, los nadadores se abrirían camino hacia el bloqueo, entonces el taladro lo despejaría por completo.
Una vez que se restablece el flujo en la arteria, las cadenas del micro-nadador podrían dispersarse y usarse para administrar medicación anticoagulante directamente al área afectada para prevenir futuros bloqueos.
Este procedimiento podría suplantar los dos métodos más comunes para tratar arterias bloqueadas:colocación de stents y angioplastia. La colocación de stents es una forma de crear un bypass para que la sangre fluya alrededor del bloque mediante la inserción de una serie de tubos en la arteria. mientras que la angioplastia elimina el bloqueo al expandir la arteria con la ayuda de una sonda inflable.
"Los tratamientos actuales para la oclusión total crónica tienen solo un 60 por ciento de éxito, ", Dijo Kim." Creemos que el método que estamos desarrollando podría tener hasta un 80-90 por ciento de éxito y posiblemente acortar el tiempo de recuperación ".
