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Les ingénieurs du MIT ont développé un robot en forme de fil magnétiquement orientable qui peut glisser activement à travers 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 cérébraux d'un patient pour traiter rapidement les blocages et les lésions, comme ceux qui se produisent dans les anévrismes et les accidents vasculaires cérébraux.
« L'AVC est la cinquième cause de décès et la première 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 peut être considérablement améliorée », déclare MIT Mechanical Engineering et Zhao Xuanhe, professeur agrégé de génie civil et environnemental, ont déclaré. blocage pendant cette période de « prime time », nous pourrions potentiellement éviter des lésions cérébrales permanentes.C'est notre espoir.
Zhao et son équipe, y compris l'auteur principal Yoonho Kim, un étudiant diplômé du département de génie mécanique du MIT, décrivent aujourd'hui leur conception de robots souples dans la revue Science Robotics. Les autres co-auteurs de l'article sont l'étudiant diplômé du MIT German Alberto Parada et un étudiant invité. Shengduo Liu.
Pour éliminer les caillots sanguins du cerveau, les médecins pratiquent généralement une chirurgie endovasculaire, une procédure peu invasive au cours de laquelle le chirurgien insère un fil fin dans l'artère principale d'un 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 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 des caillots dans la zone touchée.
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 servir les patients, en particulier dans les zones suburbaines ou rurales", a déclaré Kim.
Les fils de guidage 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 muqueuse des vaisseaux sanguins. espace restreint.
L'équipe s'est rendu compte que les développements dans leur laboratoire pourraient aider à améliorer ces procédures endovasculaires, à la fois dans la conception des fils de guidage 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 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 orientable magnétiquement et recouvert d'hydrogel, ou fil de guidage, qu'ils ont pu fabriquer suffisamment fin pour guider magnétiquement les vaisseaux sanguins à travers des répliques de cerveaux en silicone grandeur nature. .
L'âme du fil robotique est en 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 en nitinol reprend sa forme d'origine, ce qui lui 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 intégré des particules magnétiques.
Enfin, ils ont utilisé un processus chimique qu'ils avaient précédemment développé pour recouvrir et lier la superposition magnétique avec un hydrogel, un matériau qui n'affecte pas la réactivité des particules magnétiques sous-jacentes, tout en offrant une surface lisse, sans friction et biocompatible.
Ils ont démontré la précision et l'activation du fil robotique en utilisant un gros aimant (un peu comme la corde d'une marionnette) pour guider le fil à travers le parcours du combattant d'une petite boucle, rappelant un fil passant par le chas d'une aiguille.
Les chercheurs ont également testé le fil dans une réplique en silicone grandeur nature des principaux vaisseaux sanguins du cerveau, y compris des caillots et des anévrismes, qui imitaient 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 a manipulé manuellement de gros aimants autour du modèle pour guider le robot à travers le chemin sinueux et étroit du conteneur.
Les fils robotiques peuvent être fonctionnalisés, dit Kim, ce qui signifie que des fonctionnalités peuvent être ajoutées, par exemple, administrer des médicaments qui réduisent les caillots sanguins ou briser les blocages avec des lasers. Pour démontrer ce dernier, l'équipe a remplacé les noyaux de nitinol des fils par des fibres optiques et a constaté que ils pourraient guider magnétiquement le robot et activer le laser une fois qu'il a atteint la zone cible.
Lorsque les chercheurs ont comparé le fil robotique enduit d'hydrogel avec le fil robotique non enduit, ils ont découvert que l'hydrogel fournissait au fil un avantage glissant indispensable, lui permettant de glisser à travers des espaces plus étroits sans se coincer. Dans les procédures endovasculaires, cette propriété sera essentielle pour éviter les frottements et les dommages au revêtement du navire lors du passage du filetage.
"L'un des défis de la chirurgie est de pouvoir traverser les vaisseaux sanguins complexes du cerveau dont le diamètre est si petit que les cathéters commerciaux ne peuvent pas l'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 robotique protège-t-il les chirurgiens des radiations ? Le fil de guidage 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 incorporant la technologie magnétique existante, comme des paires de gros aimants, permettant aux médecins d'être à l'extérieur 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. utiliser la technologie existante à l'étape suivante 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).
La journaliste de Motherboard, Becky Ferreira, 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 dans les zones à problèmes du cerveau.Ce type de technologie peu invasive peut également aider à atténuer les dommages causés par les urgences neurologiques telles que les accidents vasculaires cérébraux.
Les 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 l'IM ont développé un nouveau fil robotique qui pourrait être utilisé pour rendre la chirurgie cérébrale moins invasive. des 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 aider 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 à travers des 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. que les chirurgiens doivent souvent endurer », a expliqué Liszewski.