Созданы миниатюрные роботы, заползающие внутрь человеческого тела для проведения лазерной хирургии

Ученые утверждают, что им удалось создать полностью функциональных миниатюрных роботов, способных проникать глубоко внутрь человеческого тела для проведения сверхточных лазерных операций, что представляет собой медицинскую новинку, которая еще в прошлом веке была в разряде научной фантастики.

Недавно было продемонстрировано, как крошечные роботы-хирурги, похожие на червей, управляемые магнитными полями, проникают в легкие трупа человека глубже, чем это возможно с помощью современных хирургических инструментов. Существует целый ряд органов и систем, в которые могут попасть эти невероятные “микрохирурги” для проведения подобных точечных исследований и операций.

Миниатюрные роботы, выполняющие хирургические операции, не раз упоминались в научной фантастике

В некоторых утопических научно-фантастических произведениях середины XX века медицина дошла до того, что почти все болезни и недуги нашли свое лечение, а то и полное излечение. Некоторые из этих футуристических методов лечения включают в себя генно-инженерные суперпрепараты, взрывы научно звучащих лучей или даже инъекцию инопланетной крови. Однако, по-видимому, самая распространенная терапия будущего, о которой пишут телесценаристы, кинорежиссеры и писатели, – это введение в организм человека миниатюрных роботов для проведения различных операций.

Теперь группа исследователей утверждает, что им удалось перевести эту идею из разряда научной фантастики в научный факт, создав первую пару крошечных хирургических корней, способных в буквальном смысле слова проникать туда, куда еще не ступала нога хирурга.

Магнитные поля, крошечные камеры и сверхточные лазеры

По словам исследователей, сами роботы изготовлены из биосовместимого пластика (силикона) с вмонтированными в него магнитными частицами. Первая деталь важна для того, чтобы организм человека не испытывал негативной реакции на инородные предметы, работающие внутри тела. Однако именно точное расположение магнитных частиц позволяет двум червеобразным роботам маневрировать независимо друг от друга.

“Обычно два магнита, расположенные близко друг к другу, притягиваются друг к другу, что создает проблему для исследователей”, – поясняется в пресс-релизе, сообщающем о прорывной процедуре. “Они преодолели ее, разработав тела щупалец таким образом, чтобы они могли изгибаться только в определенных направлениях, и переместив северный и южный полюса в каждом магнитном щупальце робота”.

Пара магнитных устройств, работающих вне тела человека, способна генерировать поля, достаточно сильные для того, чтобы роботы могли маневрировать в легких глубже, чем даже самое современное оборудование. При этом, двигаясь независимо друг от друга, один из роботов может расположить камеру, а второй – с высокой точностью направлять хирургический лазер. На вопрос о том, как робот диаметром всего 2 мм может нести лазер, авторы отвечают так:

“Источник лазера – внешний, но лазерное излучение направляется на кончик магнитного щупальца по оптическому волокну. Таким образом, лазерная энергия доставляется на кончик щупальца непосредственно на цель”.

На видеозаписи, опубликованной исследователями (см. ниже), видно, как пара миниатюрных роботов проникает глубоко в легкие человеческого трупа. Это очень важно, отмечают исследователи, поскольку рак легких, часто требующий хирургического вмешательства, имеет самый высокий уровень смертности среди всех онкологических заболеваний в мире. Однако помимо легких, существует целый ряд биологических систем, в которых эти микрохирурги прекрасно себя чувствуют.

“Тот же подход может быть использован для доступа к глубоким отделам головного мозга, поджелудочной железе, мочевому пузырю и любым другим полостям тела, доступ к которым осуществляется через узкий просвет”, – говорит профессор Пьетро Вальдастри, директор лаборатории STORM и руководитель исследования. “Сердечно-сосудистая система также является еще одним потенциальным районом применения”.

Клинические испытания на “живых тканях” – следующий этап

Теперь, когда роботы успешно и самостоятельно передвигаются в биологической среде, команда, стоящая за этим интересным исследованием, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Engineering Communications 27.07.2023, говорит, что они работают над тем, чтобы провести реальные испытания на людях с реальными пациентами с раком легкого. Однако на этом пути, вероятно, предстоит сделать еще один шаг.

“Что касается применения при раке легких, то следующим шагом (шагами) будут испытания в более реалистичной среде, включающей живые ткани и дыхание, так что, вероятно, это будет животная модель”, – сказал Вальдастри. “После этого – испытания на людях, возможно, через 2-3 года”.

Возможно, исследователи будут тестировать технологию и на промежуточной модели – человеческих легких подключенных к кровоснабжению живой свиньи.

Учитывая возможности и функциональность этих миниатюрных роботов, можно предположить, что когда-нибудь в недалеком будущем они действительно будут находиться в медицинских учреждениях по всему миру, исследуя и “ремонтируя” самые глубокие недра человеческого тела.

Pittiglio, G., Chandler, J.H., da Veiga, T. et al. Personalized magnetic tentacles for targeted photothermal cancer therapy in peripheral lungs. Commun Eng 2, 50 (2023). https://doi.org/10.1038/s44172-023-00098-9