Elastyczna robotyczna igła umożliwia skuteczniejsze leczenie raka

Owady z rodziny trzpiennikowatych wykorzystują żądła do wiercenia w drewnie i składania jaj w drzewach. Ponieważ uszkadzają one drewno, z którego wyrabiamy na przykład meble czy inne konstrukcje w naszych domach, często myślimy o tych owadach jak o szkodnikach. Inaczej jest w medycynie, gdzie trzpiennikowate stają się inspiracją dla nowych rozwiązań. Poszukując bezpieczniejszych procedur chirurgicznych, naukowcy stworzyli sondy, których działanie wzorowane jest na sposobie, w jaki żądło tego owada zagłębia się w drewnie.

Finansowany przez UE projekt EDEN2020 wykorzystał tę inspirację do opracowania sterowanego robotycznie cewnika, który może dostarczać ratujące życie leki przeciwnowotworowe bezpośrednio do guza mózgu. Opracowane w projekcie zastosowania z zakresu neurochirurgii są dostosowywane pod kątem indywidualnych pacjentów i mają na celu sprostanie zapotrzebowaniu na lepsze i minimalnie inwazyjne leczenie.

Nazywany programowalną igłą o ściętej końcówce (ang. „programmable bevel-tip needle”, PBN), cewnik może być prowadzony przez mózg wyznaczoną drogą, co minimalizuje uszkodzenie tkanek. Kiedy dotrze do guza, PBN uwalnia w tkance lek chemioterapeutyczny. Jest to możliwe dzięki pięciu kluczowym technologiom zastosowanym w projekcie: przedoperacyjnemu obrazowaniu rezonansem magnetycznym (MRI) i dyfuzyjnemu MRI; ultrasonografii wykonywanej w trakcie zabiegu; mechanizmowi predykcyjnemu opartemu na zaawansowanym modelowaniu mózgu; wspomaganemu robotycznie sterowaniu igłą; oraz zautomatyzowanej platformie do laparoskopii.

Podobna do żądła igła i zasada jej działania

PBN posiada cztery zagnieżdżone plastikowe segmenty, w których znajdują się kanały do dostarczania leku. Każdy z czterech kanałów zawiera również światłowodowe czujniki kształtu. Bezżelazowy silnik napędza każdy z segmentów, popychając go do przodu tak, że przesuwa się po pozostałych i powoduje wygięcie końcówki igły. W ten sposób igła jest prowadzona wzdłuż określonej ścieżki przez mózg i może dotrzeć nawet do głęboko osadzonych guzów w nieprzepuszczalnych częściach organu.

PBN ma cztery silniki, każdy z własnym napędem. Niezwykle niskie zakłócenia elektromagnetyczne występujące w napędach są niezwykle ważne w przypadku takich zabiegów medycznych. System kieruje cewnikiem PBN, analizując dane z MRI i ultrasonografu, a następnie napędzając każdy z czterech segmentów igły, tak aby mogła ona dotrzeć do guza i dostarczyć lek. Aby zabieg był skuteczny, musi być wykonany precyzyjnie i bardzo szybko. Planowaniem drogi igły zajmuje się wysokowydajny kontroler ruchu z wielordzeniowym procesorem i wieloma funkcjami umożliwiającymi łatwą obsługę. „Jednym z kluczowych czynników wpływających na wybór rozwiązania sterującego dla projektu było skrócenie czasu opracowywania”, mówi Eloise Matheson, doktorantka w Mechatronics in Medicine Laboratory na Imperial College London, instytucji koordynującej projekt, w informacji prasowej opublikowanej na stronie internetowej „Med-Tech Innovation News”.

Projekt EDEN2020 (Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020) uczestniczył w szeregu wydarzeń, aby zaprezentować opracowaną w jego ramach technologię opinii publicznej. Można tu wymienić niedawną wizytę uczniów szkół średnich z programu Generation Genius w Imperial College London oraz prowizoryczne stanowisko naukowe zbudowane przez zespół EDEN2020 w Muzeum Historii Naturalnej w Londynie.

Więcej informacji:
strona projektu EDEN2020