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Os engenheiros do MIT desenvolveram um robô semelhante a um fio magneticamente dirigível que pode deslizar ativamente por caminhos estreitos e sinuosos, como a vasculatura labiríntica do cérebro.
No futuro, este fio robótico poderá ser combinado com a tecnologia endovascular existente, permitindo aos médicos guiar remotamente um robô através dos vasos sanguíneos cerebrais de um paciente para tratar rapidamente bloqueios e lesões, como as que ocorrem em aneurismas e acidentes vasculares cerebrais.
“O AVC é a quinta principal causa de morte e a principal causa de incapacidade nos Estados Unidos.Se os acidentes vasculares cerebrais agudos puderem ser tratados nos primeiros 90 minutos ou mais, a sobrevivência do paciente pode ser significativamente melhorada”, afirma a Engenharia Mecânica do MIT e Zhao Xuanhe, professor associado de engenharia civil e ambiental. bloqueio durante este período de 'horário nobre', poderíamos potencialmente evitar danos cerebrais permanentes.Essa é a nossa esperança.”
Zhao e sua equipe, incluindo o autor principal Yoonho Kim, um estudante de pós-graduação do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, descrevem seu projeto de robô macio hoje na revista Science Robotics. Outros coautores do artigo são o estudante de pós-graduação do MIT German Alberto Parada e o estudante visitante Shengduo Liu.
Para remover coágulos sanguíneos do cérebro, os médicos geralmente realizam cirurgia endovascular, um procedimento minimamente invasivo no qual o cirurgião insere um fio fino através da artéria principal do paciente, geralmente na perna ou na virilha. Para visualizar os vasos sanguíneos, o cirurgião gira manualmente o fio até os vasos sanguíneos cerebrais danificados. O cateter pode então ser passado ao longo do fio para fornecer o medicamento ou dispositivo de recuperação de coágulo na área afetada.
O procedimento pode ser fisicamente exigente, disse Kim, e exige que os cirurgiões sejam especialmente treinados para suportar a exposição repetida à radiação da fluoroscopia.
“É uma habilidade muito exigente e simplesmente não há cirurgiões suficientes para atender os pacientes, especialmente em áreas suburbanas ou rurais”, disse Kim.
Os fios-guia médicos usados ​​em tais procedimentos são passivos, o que significa que devem ser manipulados manualmente, e geralmente são feitos de um núcleo de liga metálica e revestidos com um polímero, que, segundo Kim, pode criar fricção e danificar o revestimento dos vasos sanguíneos. espaço apertado.
A equipe percebeu que os desenvolvimentos em seu laboratório poderiam ajudar a melhorar esses procedimentos endovasculares, tanto no design dos fios-guia quanto na redução da exposição dos médicos a qualquer radiação associada.
Nos últimos anos, a equipe acumulou experiência em hidrogéis (materiais biocompatíveis feitos principalmente de água) e impressão 3D de materiais acionados por magneto que podem ser projetados para rastejar, pular e até mesmo pegar uma bola, apenas seguindo a direção do magnético.
No novo artigo, os pesquisadores combinaram seu trabalho em hidrogéis e atuação magnética para produzir um fio robótico revestido de hidrogel, ou fio-guia, magneticamente orientável, que eles conseguiram tornar fino o suficiente para guiar magneticamente os vasos sanguíneos através de réplicas de cérebros de silicone em tamanho real. .
O núcleo do fio robótico é feito de liga de níquel-titânio, ou “nitinol”, um material que é ao mesmo tempo flexível e elástico. Ao contrário dos cabides, que mantêm sua forma quando dobrados, o fio de nitinol retorna à sua forma original, dando-lhe mais flexibilidade ao envolver vasos sanguíneos apertados e tortuosos. A equipe revestiu o núcleo do fio com pasta de borracha, ou tinta, e incorporou partículas magnéticas nele.
Finalmente, eles usaram um processo químico desenvolvido anteriormente para revestir e unir a camada magnética com um hidrogel – um material que não afeta a capacidade de resposta das partículas magnéticas subjacentes, ao mesmo tempo que fornece uma superfície lisa, livre de fricção e biocompatível.
Eles demonstraram a precisão e a ativação do fio robótico usando um grande ímã (muito parecido com a corda de uma marionete) para guiar o fio através da pista de obstáculos de um pequeno laço, que lembra um fio passando pelo buraco de uma agulha.
Os pesquisadores também testaram o fio em uma réplica de silicone em tamanho real dos principais vasos sanguíneos do cérebro, incluindo coágulos e aneurismas, que imitavam tomografias computadorizadas do cérebro de um paciente real. A equipe encheu um recipiente de silicone com um líquido que imita a viscosidade do sangue. , em seguida, manipulou manualmente grandes ímãs ao redor do modelo para guiar o robô pelo caminho estreito e sinuoso do contêiner.
Os fios robóticos podem ser funcionalizados, diz Kim, o que significa que a funcionalidade pode ser adicionada – por exemplo, administrando medicamentos que reduzem coágulos sanguíneos ou quebrando bloqueios com lasers. Para demonstrar o último, a equipe substituiu os núcleos de nitinol dos fios por fibras ópticas e descobriu que eles poderiam guiar magneticamente o robô e ativar o laser assim que atingisse a área alvo.
Quando os pesquisadores compararam o fio robótico revestido de hidrogel com o fio robótico não revestido, descobriram que o hidrogel proporcionou ao fio uma vantagem escorregadia muito necessária, permitindo-lhe deslizar através de espaços mais apertados sem ficar preso. esta propriedade será fundamental para evitar atrito e danos ao revestimento do vaso à medida que a rosca passa.
“Um desafio na cirurgia é ser capaz de atravessar os complexos vasos sanguíneos do cérebro que têm um diâmetro tão pequeno que os cateteres comerciais não conseguem alcançar”, disse Kyujin Cho, professor de engenharia mecânica na Universidade Nacional de Seul.“Este estudo mostra como superar esse desafio.potencial e permitir procedimentos cirúrgicos no cérebro sem cirurgia aberta.”
Como esse novo fio robótico protege os cirurgiões da radiação? O fio-guia orientável magneticamente elimina a necessidade dos cirurgiões empurrarem o fio para dentro do vaso sanguíneo do paciente, disse Kim. , mais importante ainda, o fluoroscópio que produz a radiação.
Num futuro próximo, ele prevê a cirurgia endovascular incorporando a tecnologia magnética existente, como pares de grandes ímãs, permitindo que os médicos estejam fora da sala de cirurgia, longe dos fluoroscópios que fazem imagens do cérebro dos pacientes, ou mesmo em locais completamente diferentes.
“As plataformas existentes podem aplicar um campo magnético a um paciente e realizar uma fluoroscopia ao mesmo tempo, e o médico pode controlar o campo magnético com um joystick em outra sala, ou mesmo em uma cidade diferente”, disse Kim. “Esperamos usar a tecnologia existente na próxima etapa para testar nosso fio robótico in vivo.”
O financiamento para a pesquisa veio em parte do Office of Naval Research, do Soldier Nanotechnology Institute do MIT e da National Science Foundation (NSF).
A repórter do Motherboard Becky Ferreira escreve que os pesquisadores do MIT desenvolveram um fio robótico que poderia ser usado para tratar coágulos sanguíneos neurológicos ou derrames. Os robôs poderiam ser equipados com medicamentos ou lasers que “poderiam ser aplicados em áreas problemáticas do cérebro.Este tipo de tecnologia minimamente invasiva também pode ajudar a mitigar os danos causados ​​por emergências neurológicas, como acidentes vasculares cerebrais.”
Pesquisadores do MIT criaram um novo segmento de robótica magnetron que pode serpentear pelo cérebro humano, escreve o repórter Jason Daley do Smithsonian. “No futuro, ele poderia viajar através dos vasos sanguíneos do cérebro para ajudar a eliminar bloqueios”, explica Daly.
O repórter do TechCrunch, Darrell Etherington, escreve que os pesquisadores de MI desenvolveram um novo fio robótico que poderia ser usado para tornar a cirurgia cerebral menos invasiva. Etherington explicou que o novo fio robótico poderia “tornar mais fácil e acessível o tratamento de problemas cerebrovasculares, como bloqueios e lesões que podem levar a aneurismas e derrames.”
Pesquisadores do MIT desenvolveram um novo verme robótico controlado magneticamente que poderá um dia ajudar a tornar a cirurgia cerebral menos invasiva, relata Chris Stocker-Walker, da New Scientist. atingir os vasos sanguíneos.”
O repórter do Gizmodo, Andrew Liszewski, escreve que um novo trabalho robótico semelhante a um fio desenvolvido por pesquisadores do MIT poderia ser usado para limpar rapidamente bloqueios e coágulos que causam derrames.”Os robôs poderiam não apenas tornar a cirurgia pós-AVC cada vez mais rápida, mas também reduzir a exposição à radiação que os cirurgiões muitas vezes têm de suportar”, explicou Liszewski.