Chirurgický zázrak veľký ako semienko: Mini robot dokáže v tele operovať a meniť nástroje v sekunde

Predstav si medicínu, kde namiesto skalpelov a veľkých chirurgických rezov nastúpi miniatúrne zariadenie, ktoré tichým a maximálne šetrným spôsobom vyrieši tvoj zdravotný problém priamo vo vnútri tela. Vedci z Nanyang Technological University v Singapure (NTU Singapore) urobili obrovský krok vpred k tejto sci-fi vízii. Vyvinuli miniatúrneho robota veľkosti drobného semienka, ktorý dokáže navigovať po nerovných povrchoch a plniť päť rôznych chirurgických úloh bez akýchkoľvek káblov.

Tento unikátny mikroskopický pomocník meria len 4,4 milimetra a je ovládaný na diaľku pomocou slabých magnetických polí. Najviac fascinujúce na ňom je však to, ako rýchlo dokáže reagovať. Prepnutie medzi jeho rôznymi funkciami – od rezania až po uvoľňovanie liekov – mu zaberie menej ako jednu jedinú sekundu.

Pre modernú medicínu to predstavuje obrovský míľnik, ktorý môže zásadne zmeniť spôsob, akým sa v budúcnosti budú vykonávať minimálne invazívne zákroky.

Doterajšie pokusy s podobnými magnetickými robotmi mali zásadný háčik. Väčšina z nich dokázala vykonávať iba jednu, maximálne dve funkcie naraz, ako vyplýva z najnovšej štúdie publikovanej v prestížnom vedeckom časopise Advanced Materials. Tím pod vedením profesora Luma Guo Zhana však tento limit pokoril a vytvoril multifunkčnú platformu, ktorá otvára lekárom úplne nové možnosti priamo na operačnom stole.

Prekonanie najväčšej prekážky mikrorobotiky

Navrhnúť robota, ktorý má len niekoľko milimetrov a dokáže v sebe niesť viacero nástrojov, bola pre vedcov obrovská technologická výzva. Hlavným problémom pri takýchto malých mierkach býva to, že magnetické pole zvyčajne ovplyvní celé zariadenie naraz. Robot sa potom správa ako jeden veľký magnet a nedokáže hýbať jednotlivými časťami nezávesle. Výskumníci z NTU tento problém vyriešili mimoriadne elegantne.

Telo robota vyrobili z mäkkých, flexibilných silikónových materiálov (konkrétne PDMS a Ecoflex), do ktorých vmiešali magnetické mikročastice s veľkosťou iba 5 mikrometrov. Srdcom celého mechanizmu je špeciálny magnetický modul, ktorý dokážu vedci v zlomku sekundy preprogramovať – teda zmeniť smer jeho magnetizácie.

Každá špecifická orientácia magnetického poľa aktivuje inú časť robota, pričom ostatné časti zostávajú úplne nehybné. To umožňuje precízne ovládať jednotlivé nástroje bez toho, aby dochádzalo k nechceným pohybom zvyšku konštrukcie.

Okres toho výskumníci pridali robotovi takzvaný šiesty stupeň voľnosti. Kým bežné mikro-roboty sa dokážu pohybovať len v troch osiach a otáčať v dvoch smeroch, tento singapurský vynález dokáže navyše rotovať okolo svojej vlastnej pozdĺžnej osi. Tento detail je kľúčový, keď sa potrebuje tesne navigovať v úzkych, mäkkých a nepravidelných priestoroch ľudského tela, ako sú napríklad cievy alebo vnútro organických štruktúr.

Päť funkcií v jednom malom tele

Vďaka prepracovanému systému magnetického programovania dokáže tento malý zázrak vykonávať päť nesmierne dôležitých úloh. Dokáže sa autonómne pohybovať, uvoľňovať lieky presne na cielené miesto, mechanicky uchopiť a bezpečne uskladniť vzorky tkanív pre biopsiu, aktivovať miniatúrnu čepeľ na rezanie biologických štruktúr a v neposlednom rade generovať lokálne teplo.

Práve generovanie tepla vyvoláva veľký záujem onkológov. Keď vedci vystavia robota vysokofrekvenčnému striedavému magnetickému polu, magnetické materiály vo vnútri zariadenia začnú vyžarovať teplo. Táto metóda, známa ako magnetická hypertermia, sa v súčasnosti intenzívne skúma ako efektívny spôsob ničenia rakovinových buniek priamo v nádoroch bez poškodenia okolitého zdravého tkaniva.

Úspešné testy a skvelá biokompatibilita

Vedci nenechali nič na náhodu a schopnosti robota otestovali v laboratórnych podmienkach na biologických modeloch, vrátane kuracej pečene a špeciálnych želatínových materiálov, ktoré verne simulujú ľudské tkanivá. Robot bez problémov prerezal tkanivo, uvoľnil testovacie mikročastice simulujúce liečivo, úspešne uchopil vzorku a vygeneroval potrebné teplo na presne určenom mieste.

Mimoriadne dôležitou otázkou pri akomkoľvek objave v biomedicíne je bezpečnosť materiálov pre ľudské telo. Výskumný tím preto podrobil materiály robota prísnym testom biokompatibility na ľudských kožných bunkách. Výsledky boli ohromujúce – viac ako 99 percent buniek prežilo kontakt s materiálmi robota bez akejkoľvek ujmy. To dokazuje, že použité silikóny a magnetické mikročastice sú pre ľudský organizmus netoxické a bezpečné.

Budúcnosť bez jaziev a bolesti

Vývoj tohto mikrobota trval tímu celých sedem rokov, no výsledok jednoznačne stojí za to. Na rozdiel od iných tekutých či slizkých robotov má tento pevné, no flexibilné telo, čo zjednodušuje jeho ovládanie a najmä uľahčuje jeho bezpečné vybratie z tela pacienta po dokončení zákroku. Vedci už podali patentovú prihlášku a momentálne pracujú na integrácii robota s modernými zobrazovacími a senzorovými systémami, aby ho lekári mohli počas operácie detailne sledovať na monitoroch.

Hoci nás od reálneho nasadenia v nemocniciach delí ešte niekoľko rokov klinických testov, táto technológia má potenciál nahradiť mnohé tradičné, invazívne chirurgické zákroky. Sme svedkami príchodu éry, kedy ťažké operácie nebudú sprevádzané jazvami a dlhou rekonvalescenciou, ale len prehltnutím či zavedením mikroskopického pomocníka, ktorý všetku ťažkú prácu odvedie ticho a bezbolestne.

Čítajte viac z kategórie: Umelá inteligencia / AI