Gesundheit

Mikroroboter zeigen, Versprechen für die Behandlung von Tumoren: Forscher zeigen auf einer Roboter-Plattform für die Bereitstellung von Medikamenten in den menschlichen Körper

Targeting medizinische Behandlung für ein krankes Körperteil ist eine Praxis so alt wie die Medizin selbst. Ein Pflaster wird gelegt auf eine gehäutet Knie. Tropfen gehen in die juckenden Augen. Ein Gebrochener arm geht in einem Guss.

Aber oft, was uns schmerzt, ist im inneren des Körpers und ist nicht so leicht zu erreichen. In solchen Fällen, eine Behandlung wie Operation oder Chemotherapie sein könnte als für. Ein paar Forscher in Caltech Division of Engineering and Applied Science arbeitet an einer völlig neuen form der Behandlung-Mikroroboter, die liefern können, Drogen zu spezifischen Punkten in den Körper, während überwacht und gesteuert, die von außerhalb des Körpers.

„Die microrobot Konzept ist wirklich cool, weil Sie können bekommen micromachinery Recht, wo Sie es brauchen“, sagt Lihong Wang, Caltech Bren Professor für Medizintechnik und Elektrotechnik. „Es könnte sein, drug-delivery -, oder in einen vordefinierten Bereich der Mikrochirurgie.“

Die Mikroroboter sind ein gemeinsames Forschungsprojekt von Wang und Wei Gao, assistant professor für Medizintechnik, und sind bestimmt für die Behandlung von Tumoren im Verdauungstrakt.

Die Mikroroboter bestehen aus mikroskopisch kleinen Kugeln von magnesium-Metall beschichtet mit einer dünnen Schicht von gold und parylenebeschichtung, ein polymer, widersteht der Verdauung. Die Ebenen lassen Sie den kreisförmigen Teil der Sphäre aufgedeckt, wie eine Art Bullauge. Die unbedeckten Teil des magnesium reagiert mit der Flüssigkeit in den Verdauungstrakt, die Generierung von kleinen Blasen. Der Strom von Blasen-wirkt wie ein jet und treibt die Kugel nach vorne, bis es kollidiert mit den nahe gelegenen Gewebe.

Auf Ihrer eigenen, sphärischen magnesium-Mikroroboter, der kann zoom herum interessant sein könnte, aber Sie sind nicht besonders hilfreich. Zu Sie von ein Novum in ein Fahrzeug für die Bereitstellung von Medikamenten, Wang und Gao wurden einige Veränderungen.

Erste Schicht der Medikation ist eingeklemmt zwischen einem einzelnen Partikel und deren parylenebeschichtung Mantel. Dann, zum Schutz der Mikroroboter aus der rauen Umgebung des Magens, Sie sind eingehüllt in Mikrokapseln aus paraffin-Wachs.

In dieser Phase werden die Kugeln sind in der Lage mit Drogen, aber immer noch fehlt, ist die entscheidende Fähigkeit, Sie zu liefern, um eine gewünschte Lage. Für, die, Wang und Gao Einsatz photoakustische Computertomographie (PAKT), eine Technik, entwickelt von Wang verwendet Impulse von Infrarot-laser-Licht.

Der Infrarot-laser-Licht diffundiert durch das Gewebe und wird absorbiert durch Sauerstoff transportierende Hämoglobin-Moleküle in den roten Blutkörperchen, wodurch die Moleküle zu Schwingungen mit Ultraschall. Diese Ultraschall-Schwingungen werden aufgenommen durch die sensoren drückte gegen die Haut. Die Daten aus diesen sensoren wird verwendet, um Bilder der internen Strukturen des Körpers.

Zuvor, Wang hat gezeigt, dass Variationen der PAKT kann verwendet werden, um zu identifizieren, Brust-Tumoren oder auch vereinzelte Krebszellen. Mit Bezug auf die Mikroroboter, die Technik hat zwei jobs. Die erste ist die Bildgebung. Durch die Verwendung PAKT, können die Forscher finden, Tumoren im Verdauungstrakt und auch verfolgen die Lage des Mikroroboter, die sich zeigen, stark in der PAKT-Bilder. Sobald die Mikroroboter kommen in der Umgebung des Tumors, eine high-power continuous-wave-nah-Infrarot-laser-Strahl wird verwendet, um Sie zu aktivieren. Da die Mikroroboter absorbieren die Infrarot-Licht so stark, dass Sie kurz erwärmen, schmilzt das Wachs-Kapsel um Sie herum, und dass diese Verdauungs-Flüssigkeiten. An diesem Punkt werden die Mikroroboter‘ bubble-jets aktivieren, und die Mikroroboter beginnen zu Schwärmen. Die jets sind nicht lenkbar, also die Technik ist sozusagen eine Schrotflinte Ansatz-die Mikroroboter werden nicht alle Treffer der gezielten Bereich, aber viele werden. Wenn Sie es tun, Sie bleiben auf der Oberfläche und beginnen die Freigabe Ihrer Medikation Nutzlast.

„Diese kleinstmotoren eindringen kann der Schleim des Verdauungstraktes und bleiben dort für eine lange Zeit. Dies verbessert die Medizin liefern zu können“, sagt Gao. „Aber weil Sie aus magnesium, sind Sie biokompatibel und biologisch abbaubar.“

Tests in Tiermodellen zeigen, dass die Mikroroboter wie vorgesehen funktionieren, aber Gao und Wang sagen, dass Sie planen, drücken Sie weiter die Forschung voran.

„Wir zeigen das Konzept, dass Sie erreichen die erkrankte Fläche und aktivieren Sie die Mikroroboter,“, sagt Gao. „Der nächste Schritt ist die Bewertung des therapeutischen Effekts von Ihnen.“

Gao sagt auch er möchte die Entwicklung von Variationen der Mikroroboter, die arbeiten können, in anderen teilen des Körpers, und mit verschiedenen Arten von Antriebssystemen.

Wang sagt, dass sein Ziel ist, zu verbessern, wie seinen PAKT-system interagiert mit der Mikroroboter. Der Infrarot-laser-Licht verwendet es hat einige Schwierigkeiten, bis in den tieferen teilen des Körpers, aber er sagt, es sollte möglich sein, ein system zu entwickeln, dass kann weiter vorzudringen.

Das Papier beschreibt die microrobot Forschung, mit dem Titel „Ein microrobotic system geführt durch photoakustische Tomographie für die gezielte navigation im Darm in vivo“ erscheint in der Juli-24-Ausgabe der Wissenschaft der Robotik. Andere co-Autoren gehören Zhiguang Wu, Lei Li, Yiran Yang (MS 18), Yang Li, und So-Yoon Yang des Caltech; und Peng Hu von der Washington University in St. Louis. Die Finanzierung für die Forschung wurde von den Nationalen Instituten der Gesundheit und des Caltech Donna und Benjamin M. Rosen Bioengineering Center.