Крошечные роботы ускоряют доставку лекарств в сердце

Инженеры Университета Джонса Хопкинса создали роботов размером с кончик карандаша, предназначенных для перемещения по организму с целью доставки лекарств к инфекциям внутри бьющегося сердца.

Эти роботы, разработанные для замены рискованной открытой кардиохирургии и неэффективной внутривенной терапии при лечении опасных для жизни инфекций сердца, могут также использоваться для лечения других труднодоступных заболеваний, включая рак, менее инвазивным и более точным способом.

«Просто с небольшой иголкой вы вводите микроробота и проводите процедуру без инфекции или кровопотери. И вам не нужно, чтобы хирург управлял им, чтобы надежно, безопасно и эффективно доставить лекарства в нужное место», — сказал старший автор Аксель Кригер, медицинский робототехник, известный созданием роботов, выполняющих операции без участия человека.

«Есть много областей, помимо инфекций сердца, где такая целевая лекарственная терапия и такие управляемые роботы могут сыграть большую роль. Это действительно передний край хирургической робототехники».

Ежегодно около 50 000 человек в Соединенных Штатах заболевают эндокардитом — инфекцией ткани сердца. Типичное лечение — многонедельный курс внутривенных антибиотиков, который часто неэффективен, поскольку лекарства слишком разбавлены к моменту достижения сердца. Врачи остаются перед двумя рискованными вариантами — назначение большего количества и более высоких доз антибиотиков, которые могут быть токсичными, или чрезвычайно рискованная открытая кардиохирургия.

Для прямой доставки лекарств к зараженной сердечной ткани группа разработала магнитные роботы, называемые «миллироботами» из-за их размера — они шириной с кончик карандаша или головку спички и примерно длиной зерна риса.

Роботы работают попарно. Один из них называется модуль иглы, которая мягко прикрепляется к сердечной ткани прямо в месте инфекции. Там она служит причалом, ожидая на бьющемся сердце модуль доставки лекарств. Модуль доставки лекарств несет лекарство на причал, где оно магнитно стыкуется и медленно высвобождает антибиотики именно там, где они нужны больше всего.

Оба робота магнитны и управляются беспроводно внешней системой электромагнитных катушек, которая работает как аппарат МРТ.

Наличие двух крошечных роботов вместо одного большего позволяет устройству достигать узких мест в организме. Игла может оставаться закрепленной, пока модуль доставки лекарств заменяется, что позволяет повторно вводить лекарства при необходимости.

«Магнитное направление захватывает, потому что вам не нужно питать сам робот. Он не несет батареи и моторы», — сказал Кригер. «Лекарства могут доставляться безопасно с использованием технологий, таких как градиенты и поля в МРТ. Но вместо использования для визуализации это приводит в движение миллироботы».

Исследователи успешно протестировали роботов на фантомных моделях сердца, которые точно имитируют человеческое сердце, и на реальной ткани свиного сердца. Роботы перемещались гладко и автономно, даже против имитируемого кровотока.

«Мы можем просто вввести робота маленькой таблеткой в вашу вену, где он попадает в место, прямо туда, где нам действительно нужно доставить лекарства, и это минимально инвазивно», — сказал первый автор Ануруддха Бхаттачарджи, бывший постдоктор Университета Джонса Хопкинса, который теперь является доцентом в Университете Алабамы в Бирмингеме.

Помимо устранения необходимости открытой кардиохирургии, лекарственное лечение с использованием роботов может занять часы вместо недель.

«Обычно, если вы делаете внутривенное лекарственное лечение, вам нужна четырех-шестинедельная терапия. Но с этими роботами вся процедура может занять 10 минут — может быть час, если вы хотите провести пару раундов», — сказал Бхаттачарджи. «Если все сработает хорошо, вы переходите от четырех-шести недель лечения к одному дню или менее».

Команда также считает, что роботы будут полезны при доставке целевых лекарств для борьбы с раком, где он распространяется.

Исследователи планируют затем протестировать роботов в более реалистичных фантомных сердцах с сокращением мышц и биением настоящего сердца.