Alakváltó lágy robot, mint gyógyszeradagoló implantátum

A Science Robotics augusztus 30-án közölte a University of Galway és a Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatóinak cikkét, amelyben egy olyan új, úgynevezett lágy robotikus intelligens orvosi eszközt ismertetnek, amely gyógyszeradagoló implantátumként hosszú ideig a szervezetbe ültethető, mégsem hegesedik be, mivel érzékeli környezetét és képes alakot változtatni. A kutatók szerint ez a lágy robot áttörést jelenthet az orvostechnikában, mivel az intelligens eszköz segítségével hosszan tartó, személyre szabott kezelés nyújtható cukorbetegek számára. A szervezetbe beültethető gyógyszereket adagoló orvostechnikai eszközök ígéretesek a fejlett terápiás beavatkozások, például a cukorbetegség kezelésére szolgáló inzulin adagolása terén, ám az ilyen eszközök alkalmazását hátráltató egyik fő probléma az idegen testre adott reakció, a hegesedés.

A kutatócsoport korábban első generációs rugalmas eszközöket, úgynevezett lágy robotimplantátumokat fejlesztett ki a gyógyszeradagolás javítása és a fibrózis csökkentése érdekében, és itt találkoztak azzal a problémával, hogy a robotot fokozatosan beborító hegszövet miatt a gyógyszeradagolás egy idő után megbízhatatlanná vált. A következő lépésben a kutatók már egy úgynevezett mechanoterápiás megközelítést alkalmaztak, vagyis a puha robotimplantátumok rendszeres mozgásokat végeznek a testben, például felfújódnak és leereszkednek. Az időzített, ismétlődő vagy változatos mozgások segítenek megelőzni a hegszövet kialakulását. A beültethető eszköz korábbinál fejlett technológiájának kulcsa egy vezetőképes porózus membrán, amely képes érzékelni, ha a pórusokat elzárja a hegszövet. Az elzáródásokat akkor érzékeli, ha a sejtek és a sejtek által termelt anyagok blokkolják a membránon keresztül haladó elektromos jeleket.

A kutatók az elektromos impedancia és a membrán felületén kialakuló hegszövet-borítottság közötti összefüggést használták ki, amelyre egy gépi tanulásos algoritmust is kifejlesztettek, hogy megjósolják milyen gyakran kell majd működtetni a robot alakváltoztató mechanikáját az állandónak tekinthető gyógyszeradagolás eléréséhez. A kutatók számítógépes szimulációk segítségével azt is vizsgálták, hogy az eszköz mennyi időn keresztül képes gyógyszert felszabadítani a különböző vastagságú környező fibrotikus szöveten keresztül.

Ellen Roche professzor, az MIT gépészmérnöki karának oktatója így nyilatkozott: "Ha érzékelni tudjuk, hogy az egyén immunrendszere hogyan reagál egy beültetett terápiás eszközre, és ennek megfelelően módosíthatjuk az adagolási rendszert, akkor ez nagy lehetőséget jelenthet a személyre szabott, precíziós gyógyszeradagolásban, hiszen hosszabb távon biztosíthatjuk a megfelelő mennyiségű gyógyszer megfelelő időben történő adagolását. Az itt bemutatott munka egy lépés ezen cél felé.

A kutatócsoport úgy véli, hogy a bemutatott orvosi eszközzel elért áttörés utat nyithat a teljesen független, úgynevezett zárt hurkú implantátumok számára, amelyek mozgásuk miatt nemcsak csökkentik hegszöveti beágyazódásuk mértékét, hanem érzékelve azt képesek intelligensen módosítani a gyógyszeradagolás mértékét is, tovább növelve ezzel megbízhatóságukat.

Garry Duffy professzor, a Galway University munkatársa kiemelte: “Ez egy olyan új kutatási terület, amelynek más helyeken is lehetnek következményei, és nem korlátozódik kizárólag a cukorbetegség kezelésére. Felfedezésünk hosszú időn keresztül, orvos közreműködése nélkül biztosíthat következetes adagolást, ami egyrészt javítja a terápiás adherenciát, másrészt jelentősen meghosszabbítja azt az időtartamot, amíg az eszközt fibrózis miatt cserélni szükséges.”

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

AI enabled soft robotic implant monitors scar tissue to self-adapt for personalized drug treatment

Soft robot–mediated autonomous adaptation to fibrotic capsule formation for improved drug delivery

Irodalmi hivatkozás:

Rachel Beatty et al, Soft robot-mediated autonomous adaptation to fibrotic capsule formation for improved drug delivery, Science Robotics (2023). DOI: 10.1126/scirobotics.abq4821.