Ein Forscherteam in China hat neuartige Magnetspulen-„Mikrofaserroboter“ entwickelt und diese zur Embolisierung arterieller Blutungen bei einem Kaninchen eingesetzt – und damit den Weg für eine Reihe kontrollierbarer und weniger invasiver Behandlungen von Aneurysmen und Hirntumoren geebnet.
Wenn Chirurgen versuchen, Blutungen in Aneurysmen zu stoppen oder den Blutfluss zu Hirntumoren einzudämmen (ein Vorgang, der als Embolisation bezeichnet wird), führen Chirurgen im Allgemeinen einen dünnen Katheter durch die Oberschenkelarterie und führen ihn durch die Blutgefäße, um Emboliemittel abzugeben. Obwohl diese Katheter weit verbreitet sind, lassen sie sich nur schwer durch komplexe Gefäßnetze führen.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat ein Forscherteam der Huazhong University of Science and Technology (Hust) haben winzige magnetische, weiche Mikrofaserroboter entwickelt, die solche Verfahren aus der Ferne durchführen können. Die Geräte bestehen aus einer magnetisierten Faser, die zu einer Helixform verdrillt ist, passen in verschiedene Gefäßgrößen und bewegen sich korkenzieherartig, wenn sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt werden. Die Ergebnisse der Forschung, präsentiert in Wissenschaft Roboticszeigen, wie die Geräte erfolgreich zur Eindämmung arterieller Blutungen bei einem Kaninchen eingesetzt wurden.
Als Co-Autor Jianfeng Zhang erklärt, werden die Mikrofaserbots hergestellt, indem thermische Energie verwendet wird, um magnetische weiche Verbundmaterialien in Mikrofasern zu ziehen, die dann „magnetisiert und geformt werden, um ihnen eine spiralförmige magnetische Polarität zu verleihen“. Durch die Steuerung des Magnetfelds zeigte der magnetische Roboter aus weichen Mikrofasern eine reversible morphologische Transformation (Dehnung oder Aggregation) und einen spiralförmigen Antrieb durch den Blutfluss (sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts). Dies ermöglicht die Navigation durch komplexe Gefäßsysteme und die Durchführung einer robotergestützten Embolisation im Submillimeterbereich.
„Der Artikel zeigt, wie wir abgeschnitten haben in vitro Embolisation von Aneurysmen und Tumoren in einem neurovaskulären Modell und führte eine Roboternavigation und Embolisation unter Echtzeit-Fluoroskopie in einem durch in vivo „Modell der Oberschenkelarterie eines Kaninchens“, sagt Zang. „Diese Experimente zeigen den potenziellen klinischen Wert dieser Arbeit und ebnen den Weg für zukünftige Optionen für robotergestützte Embolisationsoperationen.“
Ankerfunktion
Laut Erstautor Xurui Liu, einem Doktoranden am HUST, besitzt jeder Mikrofaserbot eine Verankerungsfunktion, ähnlich der eines Gefäßstents, die es ihm ermöglicht, durch Kontaktreibung stabil an der Innenwand von Blutgefäßen verankert zu werden, um ein Wegspülen zu verhindern der Blutfluss.
„Seine spiralförmige Magnetisierungsverteilung verleiht dem Mikrofaserroboter eine Nettomagnetisierungsrichtung entlang seiner Mittelachse. Durch Anlegen eines externen Magnetfelds, das mit der Richtung der Nettomagnetisierung übereinstimmt, kann der Roboter verlängert werden“, sagt sie.
„Umgekehrt sammelt sich der Roboter, wenn das äußere Magnetfeld der Richtung der Nettomagnetisierung entgegengesetzt ist“, fügt sie hinzu. „Die Weichheit und hohe Robustheit dieses Mikrofaserroboters stellt sicher, dass seine morphologische Rekonstruktionsfunktion nach mehr als tausend Aggregations- und Dehnungszyklen vollständig reversibel bleibt.“
Vielversprechende Alternative
Im Gegensatz zu den magnetischen Soft-Robotern, über die in früheren Untersuchungen berichtet wurde, bestätigt Zang, dass die Eigenschaften der helikalen Magnetisierungsrichtung der neuen Roboter eine orthogonale Entkopplung ihrer Verformungs- und Bewegungsmodi unabhängig vom Steuermagnetfeld ermöglichen, was eine „einzigartige Flexibilität bei der Magnetfeldsteuerung“ bietet.
„Diese Funktion ermöglicht nicht nur, dass sich ein einzelner Mikrofaserroboter unter der Wirkung eines rotierenden Magnetfelds mit hoher Geschwindigkeit gegen den Blutfluss bewegt, sondern ermöglicht auch die unabhängige Steuerung der Form und Bewegung mehrerer Mikrofaserroboter“, erklärt Zang.
„Darüber hinaus sind diese Geräte mit häufig verwendeten Interventionskathetern kompatibel, um ihr Potenzial für den Einsatz in klinischen Umgebungen zu maximieren“, fügt er hinzu.
Konfrontiert mit den Herausforderungen traditioneller Methoden wie der katheterbasierten Embolisation – insbesondere im Hinblick auf ihre betrieblichen Einschränkungen und unzureichenden Präzision – sowie den Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit der Strahlenexposition von Ärzten über längere Zeiträume (durch die Röntgenführung). System) – Zang weist darauf hin, dass die Entwicklung der magnetischen Mikrofaserroboter-Technologie Klinikern eine neue Möglichkeit zur Verbesserung bestehender Behandlungen bietet.
Magnetische Mikroroboter stehen für die Stammzelltherapie an
„Die Entwicklung von Mikrofaserrobotern bietet eine neue Perspektive für die Behandlung von Gefäßembolien und zeigt Anwendungspotenzial in der minimalinvasiven chirurgischen Behandlungstechnologie. „Diese Technologie stellt eine wirksame Ergänzung oder Alternative zur herkömmlichen Katheterembolisierungstechnologie dar, indem sie den Verschluss des Blutflusses präzise kontrolliert“, sagt er.
Zang weist darauf hin, dass diese Technologie zwar Potenzial aufweist, vor ihrer klinischen Anwendung jedoch noch Herausforderungen zu bewältigen sind. Dazu gehören die strukturelle Optimierung von Mikrofaserrobotern, die Erhöhung der Biokompatibilität von Materialien und die Entwicklung von Systemen zur Positionierung und Verfolgung von Blutgefäßen. „Das Forschungsteam arbeitet daran, diese Schlüsselprobleme anzugehen, um die Anwendung der Technologie voranzutreiben“, fügt er hinzu.
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- Quelle: https://physicsworld.com/a/magnetic-microbots-show-promise-for-treating-aneurysms-and-brain-tumours/
