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Les ingénieurs du MIT ont développé un robot semblable à un fil, orientable magnétiquement, capable de glisser activement sur des chemins étroits et sinueux, tels que le système vasculaire labyrinthique du cerveau.
À l'avenir, ce fil robotique pourrait être combiné à la technologie endovasculaire existante, permettant aux médecins de guider à distance un robot à travers les vaisseaux sanguins du cerveau d'un patient afin de traiter rapidement les blocages et les lésions, tels que ceux qui surviennent lors d'anévrismes et d'accidents vasculaires cérébraux.
« L’accident vasculaire cérébral est la cinquième cause de décès et la principale cause d’invalidité aux États-Unis.Si les accidents vasculaires cérébraux aigus peuvent être traités dans les 90 premières minutes environ, la survie des patients pourrait être considérablement améliorée », déclarent le MIT Mechanical Engineering et Zhao Xuanhe, professeur agrégé de génie civil et environnemental. blocage pendant cette période de « prime time », nous pourrions potentiellement éviter des lésions cérébrales permanentes.C'est notre espoir.
Zhao et son équipe, dont l'auteur principal Yoonho Kim, étudiant diplômé du département de génie mécanique du MIT, décrivent aujourd'hui la conception de leur robot souple dans la revue Science Robotics. Les autres co-auteurs de l'article sont l'étudiant diplômé du MIT, l'allemand Alberto Parada, et l'étudiant invité. Shengduo Liu.
Pour éliminer les caillots sanguins du cerveau, les médecins pratiquent généralement une chirurgie endovasculaire, une procédure mini-invasive dans laquelle le chirurgien insère un mince fil dans l'artère principale du patient, généralement dans la jambe ou l'aine. Sous guidage fluoroscopique, qui utilise des rayons X pour simultanément imagez les vaisseaux sanguins, le chirurgien fait ensuite pivoter manuellement le fil vers le haut dans les vaisseaux sanguins cérébraux endommagés. Le cathéter peut ensuite être passé le long du fil pour administrer le médicament ou le dispositif de récupération du caillot dans la zone affectée.
La procédure peut être physiquement exigeante, a déclaré Kim, et nécessite que les chirurgiens soient spécialement formés pour résister à l'exposition répétée aux radiations de la fluoroscopie.
« C'est une compétence très exigeante, et il n'y a tout simplement pas assez de chirurgiens pour soigner les patients, en particulier dans les zones suburbaines ou rurales », a déclaré Kim.
Les fils guides médicaux utilisés dans de telles procédures sont passifs, ce qui signifie qu'ils doivent être manipulés manuellement, et sont souvent constitués d'un noyau en alliage métallique et recouverts d'un polymère, ce qui, selon Kim, peut créer des frictions et endommager la paroi des vaisseaux sanguins. Temporairement coincés dans un endroit particulièrement espace restreint.
L'équipe a réalisé que les développements réalisés dans leur laboratoire pourraient contribuer à améliorer ces procédures endovasculaires, à la fois dans la conception des fils guides et dans la réduction de l'exposition des médecins à tout rayonnement associé.
Au cours des dernières années, l'équipe a développé une expertise dans les hydrogels (matériaux biocompatibles principalement constitués d'eau) et dans l'impression 3D de matériaux magnéto-actionnés qui peuvent être conçus pour ramper, sauter et même attraper une balle, simplement en suivant la direction du aimant.
Dans le nouvel article, les chercheurs ont combiné leurs travaux sur les hydrogels et l'actionnement magnétique pour produire un fil robotique, ou fil de guidage, recouvert d'hydrogel, orientable magnétiquement, qu'ils ont pu rendre suffisamment fin pour guider magnétiquement les vaisseaux sanguins à travers des répliques de cerveau en silicone grandeur nature. .
L'âme du fil robotique est constituée d'un alliage nickel-titane, ou « nitinol », un matériau à la fois pliable et élastique. Contrairement aux cintres, qui conservent leur forme lorsqu'ils sont pliés, le fil de nitinol reprend sa forme originale, lui donnant plus flexibilité lors de l’emballage de vaisseaux sanguins serrés et tortueux. L’équipe a enduit le noyau du fil de pâte de caoutchouc ou d’encre et y a incorporé des particules magnétiques.
Enfin, ils ont utilisé un processus chimique qu'ils avaient précédemment développé pour recouvrir et lier la couche magnétique avec un hydrogel, un matériau qui n'affecte pas la réactivité des particules magnétiques sous-jacentes, tout en offrant une surface biocompatible lisse, sans friction.
Ils ont démontré la précision et l'activation du fil robotique en utilisant un grand aimant (un peu comme la corde d'une marionnette) pour guider le fil à travers le parcours d'obstacles d'une petite boucle, rappelant un fil passant dans le chas d'une aiguille.
Les chercheurs ont également testé le fil sur une réplique en silicone grandeur nature des principaux vaisseaux sanguins du cerveau, y compris des caillots et des anévrismes, qui imitait les tomodensitogrammes du cerveau d'un patient réel. L'équipe a rempli un récipient en silicone avec un liquide qui imite la viscosité du sang. , puis manipulé manuellement de grands aimants autour du modèle pour guider le robot à travers le chemin sinueux et étroit du conteneur.
Les fils robotiques peuvent être fonctionnalisés, explique Kim, ce qui signifie que des fonctionnalités peuvent être ajoutées, par exemple en administrant des médicaments qui réduisent les caillots sanguins ou en brisant les blocages avec des lasers. Pour démontrer ce dernier point, l'équipe a remplacé les noyaux en nitinol des fils par des fibres optiques et a découvert que ils pourraient guider magnétiquement le robot et activer le laser une fois qu'il aurait atteint la zone cible.
Lorsque les chercheurs ont comparé le fil robotique recouvert d'hydrogel avec le fil robotique non revêtu, ils ont constaté que l'hydrogel conférait au fil un avantage glissant indispensable, lui permettant de glisser dans des espaces plus restreints sans se coincer. Dans les procédures endovasculaires, cette propriété sera essentielle pour éviter les frottements et les dommages au revêtement du récipient lors du passage du fil.
"L'un des défis en chirurgie est de pouvoir traverser les vaisseaux sanguins complexes du cerveau dont le diamètre est si petit que les cathéters commerciaux ne peuvent pas les atteindre", a déclaré Kyujin Cho, professeur de génie mécanique à l'Université nationale de Séoul.« Cette étude montre comment surmonter ce défi.potentiel et permettre des interventions chirurgicales dans le cerveau sans chirurgie ouverte.
Comment ce nouveau fil robotisé protège-t-il les chirurgiens des radiations ?Le fil-guide orientable magnétiquement élimine le besoin pour les chirurgiens de pousser le fil dans le vaisseau sanguin d'un patient, a déclaré Kim.Cela signifie que le médecin n'a pas non plus besoin d'être proche du patient et , plus important encore, le fluoroscope qui produit le rayonnement.
Dans un avenir proche, il envisage une chirurgie endovasculaire intégrant la technologie magnétique existante, telle que des paires de grands aimants, permettant aux médecins de se trouver en dehors de la salle d'opération, loin des fluoroscopes qui imagent le cerveau des patients, ou même dans des endroits complètement différents.
"Les plates-formes existantes peuvent appliquer un champ magnétique à un patient et effectuer une fluoroscopie en même temps, et le médecin peut contrôler le champ magnétique avec un joystick dans une autre pièce, ou même dans une autre ville", a déclaré Kim. "Nous espérons pouvoir utiliser la technologie existante dans la prochaine étape pour tester notre fil robotique in vivo.
Le financement de la recherche provenait en partie de l'Office of Naval Research, du Soldier Nanotechnology Institute du MIT et de la National Science Foundation (NSF).
Becky Ferreira, journaliste à la carte mère, écrit que les chercheurs du MIT ont développé un fil robotique qui pourrait être utilisé pour traiter les caillots sanguins neurologiques ou les accidents vasculaires cérébraux. Les robots pourraient être équipés de médicaments ou de lasers qui « pourraient être administrés aux zones problématiques du cerveau.Ce type de technologie mini-invasive peut également aider à atténuer les dommages causés par les urgences neurologiques telles que les accidents vasculaires cérébraux.
Des chercheurs du MIT ont créé un nouveau fil de robotique magnétron qui peut serpenter à travers le cerveau humain, écrit le journaliste du Smithsonian Jason Daley. « À l'avenir, il pourrait voyager à travers les vaisseaux sanguins du cerveau pour aider à éliminer les blocages », explique Daly.
Le journaliste de TechCrunch, Darrell Etherington, écrit que les chercheurs de MI ont développé un nouveau fil robotique qui pourrait être utilisé pour rendre la chirurgie cérébrale moins invasive. Etherington a expliqué que le nouveau fil robotique pourrait « rendre plus facile et plus accessible le traitement des problèmes cérébrovasculaires, tels que les blocages et lésions pouvant entraîner des anévrismes et des accidents vasculaires cérébraux.
Des chercheurs du MIT ont développé un nouveau ver robotique à commande magnétique qui pourrait un jour contribuer à rendre la chirurgie cérébrale moins invasive, rapporte Chris Stocker-Walker du New Scientist. Lorsqu'il est testé sur un modèle en silicium du cerveau humain, « le robot peut se faufiler dans des zones difficiles à atteindre ». atteindre les vaisseaux sanguins.
Le journaliste de Gizmodo, Andrew Liszewski, écrit qu'un nouveau travail robotique en forme de fil développé par des chercheurs du MIT pourrait être utilisé pour éliminer rapidement les blocages et les caillots qui provoquent des accidents vasculaires cérébraux. "Les robots pourraient non seulement rendre la chirurgie post-AVC de plus en plus rapide, mais également réduire l'exposition aux radiations. que les chirurgiens doivent souvent endurer », a expliqué Liszewski.