Микрохирурги, кои вскоре будут плутать по нашему телу

    Колоритным осенним вечерком 2006 года целитель Сильвен Мартель затаил дыхание, когда техник погрузил свинью под наркозом во крутящуюся машинку фМРТ. Его очи внимательно смотрели на дисплей компа, который отображал магнитную бусинку, висячую в узком кровеносном сосуде свиньи. Напряжение в комнате можно существовало ощутить на физическом уровне. Неожиданно шарик оживился и скользнул по сосуду, как будто микроскопичная подводная лодка, последующая к пт предназначения. Команда разразилась рукоплесканиями.

    Мартель и его команда испытывали новейший метод дистанционного руководства крохотными предметами снутри живого звериного, манипулируя магнитными силами машинки. И в первый раз это же сработало.

    Ученые и писатели издавна желали об крохотных ботах, кои передвигаются по широкой системе кровообращения организма, как будто галлактические исследователи, исследующие галактики и них жителей. Потенциал громаден: крохотные мед боты могли бы, к примеру, транслировать радиоактивные препараты в раковые накопления, делать операции снутри туловища либо очищать сгустки крови, находящиеся глубоко снутри сердца либо головного мозга.

    Мечта мечтой, однако с помощью ботов, разговаривает целитель Брэдли Нельсон из Политехнического вуза Цюриха, люди могли бы окунаться прямо в кровоток, осуществляя операции на мозге.

    Сейчас мед микророботы по наибольшей части вымышлены, однако в наиблежайшее десятилетие это же может поменяться. На данной недельке целитель Мариана Медина-Санчес и Оливер Шмидт из Колледжа исследовательских работ жестких тел и материалов Лейбница в Дрездене, Германия, выпустили работу в Nature, в какой отвернулись от большенных экранов к наноинженерным лабораториям, наметив ценности и близкие к реальности тесты по оживлению этих крохотных докторов.

    Производство движителей

    Мед микророботы являются частью путешествия медицины в область миниатюризации. В 2001 году израильская корпорация предположила PillCam — пластиковую капсулу размером с конфету, снаряженную видеокамерой, батарейкой и модулем беспроводной телепередачи заданных. Путешествуя по пищевому каналу, PillCam временами отсылала назад изображения беспроводным методом, предлагая наиболее чувствительный и наименее ядовитый метод диагностики, чем обычная эндоскопия либо рентгенография.

    По объему PillCam ординарно циклопическая для безупречного микроробота, что выполняет ее применимой лишь для относительно обширной трубки нашей кишечной системы. Эта пилюля а также существовала пассивной не могла задерживаться в увлекательных пространствах для наиболее детализированного обследования.

    «Настоящий мед бот обязан двигаться и продвигаться по сложноватой паутине наполненных жидкостью трубочек в тканях глубоко в организме», поясняет Мартель.

    Организм, к огорчению, и не максимально приветлив к посетителям снаружи. Микророботы обязаны выдерживать коррозионные желудочные соки и плыть ввысь по течению в кровотоке без двигателя.

    Лаборатории по всему миру пробуют выдумать разумные кандидатуры для решения трудности с питанием. Одна из мыслях состоит в разработке хим ракет: цилиндрических микророботов с «топливом» — чугунным либо иным стимулятором — которое реагирует с желудочными соками либо иными жидкостями, испуская пузырьки из задней части цилиндра.

    «Такие моторы мудрено контролировать», рассказывают Медина-Санчес и Шмидт. Мы можем грубо заведовать них направлением, используя хим градиенты, однако они недостаточно выносливы и эффективны. Проектирование нетоксичного горючего на базе сахара, мочевины либо остальных физиологических жидкостей организма тоже сталкивается с трудностями.

    Кандидатурой лучше могли быть железные физические моторчики, кои можно существовало бы активировать переменами магнитного поля. Мартель, как только продемонстрировала его демонстрация с бусиной в свинье, был одним из первых, кто обследовал аналогичные движки.

    МРТ-машина безупречно подступает для руководства и визуализации железных прототипов микророботов, поясняет Мартель. Машинка имеет несколько наборов магнитных катушек: главный набор намагничивает микроробота опосля тамошнего, как только он вводится в кровоток сквозь катетер. Потом, манипулируя градиентными катушками МРТ, мы можем генерировать слабенькие магнитные поля, дабы подталкивать микроробота сквозь кровяные сосуды либо альтернативные био трубки.

    В следующих опытах Мартель выполнял микрочастицы из железа и кобальта, покрытые противораковым продуктам, и вводил этих крохотных боец в зайчиков. Используя компьютерную программку для автоматизированного конфигурации магнитного поля, его команда обращала роботов определенно в миссию. Хотя непосредственно в этом изучении и не существовало настоящих опухолей, Мартель разговаривает, что аналогичные проекты возможно окажутся полезными в борьбе с раком печенке и иными опухолями с относительно крупными сосудами.

    Посему и не маленькие сосуды? Неполадка снова же в энергии. Мартель сумел уменьшить бота перед началом пары сотен микрометров — что-либо все меньше просит так большенных магнитных градиентов, что те самый нарушают работу нейронов в головном мозге.

    Микрокиборги

    Наиболее стильное решение — использовать био моторы, кои уже есть в природе. Микробы и сперматозоиды вооружены хлыстоподобными хвостами, кои очевидным образом продвигают них сквозь изгибистые туннели и полости туловища для исполнения био реакций.

    Сочитая механические части с био, можно существовало бы вынудить два этих ингридиента дополнять друг дружку, когда один предлагает сбой.

    Примером может служить спермбот. Шмидт разработал крохотные железные спирали, кои обертываются вокруг «ленивого» сперматозоида, давая ему же мобильность, позволяющую достигнуть яйцеклетки. Сперматозоида а также можно нагрузить фармацевтическими продуктами, связанными с магнитной микроструктурой, для исцеления рака в репродуктивном тракте.

    Есть еще спец группы микробов MC-1, кои выравниваются в согласовании с магнитным полем Почвы. Генерируя относительно хлипкое поле — коего будет довольно, дабы преодолеть земное — ученые умеют ориентировать внутридомовой компас микробов в направлении новейшей цели вроде рака.

    К огорчению, микробы MC-1 умеют выжить в теплой крови исключительно в течение 40 минут, и большая часть из их недостаточно мощны, дабы плыть против течения крови. Мартель намерено сделать гибридную систему из микробов и жировых пузырей. Пузырьки, загруженные магнитными частичками и микробами, будут направляться в наиболее большие сосуды, с помощью мощных магнитных полей, пока что и не попадут в наиболее узенькие. Потом они взрываются и выпускают рой микробов, кои определенно эдак же, с помощью хлипких магнитных полей, будут завершать свое путешествие.

    Продвижение вперед

    Хотя ученые накидали кучу мыслях относительно движителей, гигантской неувязкой останется отслеживание микророботов опосля применения в тело.

    Сочетания разнообразных способов визуализации умеют посодействовать. Ультразвуковая, МРТ и инфракрасная визуализация очень неспешные, дабы следить за операциями микророботов глубоко в организме. Однако сочетая свет, звук и электрические волны, мы могли бы прирастить разрешение и чувствительность.

    В эталоне способ визуализации обязан иметь вероятность выслеживать микромоторы на глубине 10 см под поверхностью тела, в 3D и действительном времени, двигаясь с малой скоростью в десятки микрометров за секунду, рассказывают Медина-Санчес и Шмидт.

    Сейчас сего мудрено достигнуть, однако ученые выражают надежду, что ультрасовременные оптико-акустические способы, сочетающие инфракрасное и ультразвуковое изображение, умеют предстать довольно оптимальными для отслеживания микророботов сквозь пару лет.

    Тогда и остается вопросец, что выполнять с роботами по окончании них миссии. Бросить них дрейфовать снутри туловища — означает, допустить появление сгустков либо остальных трагических побочных спецэффектов вроде отравления сплавом. Возвращение ботов назад в начальную точку (рот, очи и альтернативные естественные отверстия) возможно очень трудным. Потому ученые разглядывают вариации лучше: выведение ботов очевидным методом либо производство них из биоразлагаемых материалов.

    У крайнего существуют отдельный плюс: ежели материалы будут чувствительны к теплу, кислотности либо иным телесным факторам, них можно существовало бы применять для сотворения автономных биороботов, действующих без батарей. К примеру, ученые уже создали маленькие звездчатые «хваталки», кои запираются вокруг тканей при действии тепла. При размещении вокруг пораженных органов либо тканей, хваталки могли бы осуществлять биопсию на месте, предлагая наименее инвазивный метод скрининга на рак толстой кишки либо отслеживая хроническое воспалительное болезнь кишечного тракта.

    «Цель состоит в разработке микророботов, кои сумеют ощущать, диагностировать и орудовать автономно, пока что люди будут за ними следить и сохранять контроль на вариант неисправности», рассказывают Медина-Санчес и Шмидт.

    Умопомрачительное путешествие мед микророботов лишь начинается.

    Все сочетания материалов, микробов и микроструктур гораздо придется тестировать нескончаемо длительно, дабы убедиться в них сохранности, на первых парах на зверях, впоследствии и на людях. Ученые а также ждут содействия от регулирующих органов.

    Однако оптимизм ученых и не иссякает.

    «При помощи координированных инициатив микророботы умеют привести нас в эру неинвазивных способов исцеления уже в течение десяти лет», рассказывают исследователи.