MIT – hilo robótico diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.
Los ingenieros del MIT han desarrollado un hilo robótico (en negro) que se puede dirigir magnéticamente y es lo suficientemente pequeño como para trabajar a través de espacios estrechos como la vasculatura del cerebro humano. Los investigadores prevén que la tecnología podría usarse en el futuro para eliminar bloqueos en pacientes con accidente cerebrovascular y aneurismas. Imagen cortesía de los investigadores.

 

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.

Los ingenieros del MIT han desarrollado un hilo robótico (en negro) que se puede dirigir magnéticamente y es lo suficientemente pequeño como para trabajar a través de espacios estrechos como la vasculatura del cerebro humano. Los investigadores prevén que la tecnología podría usarse en el futuro para eliminar bloqueos en pacientes con accidente cerebrovascular y aneurismas.

El dispositivo controlado magnéticamente podría administrar terapias reductoras de coágulos en respuesta a un accidente cerebrovascular u otros bloqueos cerebrales .

Jennifer Chu | MIT News Office
28 de agosto de 2019

Los ingenieros del MIT han desarrollado un robot con forma de hilo orientable magnéticamente que puede deslizarse activamente a través de caminos estrechos y sinuosos, como la vasculatura labintina del cerebro.

En el futuro, este hilo robótico puede combinarse con las tecnologías endovasculares existentes, lo que permite a los médicos guiar de forma remota el robot a través de los vasos cerebrales del paciente para tratar rápidamente bloqueos y lesiones, como las que ocurren en los aneurismas y los accidentes cerebrovasculares.

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.
Xuanhe Zhao

“El accidente cerebrovascular es la causa número cinco de muerte y una de las principales causas de discapacidad en los Estados Unidos. Si el accidente cerebrovascular agudo se puede tratar dentro de los primeros 90 minutos, las tasas de supervivencia de los pacientes podrían aumentar significativamente ”, dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT. “Si pudiéramos diseñar un dispositivo para revertir el bloqueo de los vasos sanguíneos dentro de esta ‘hora dorada’, podríamos evitar el daño cerebral permanente. Esa es nuestra esperanza.

Zhao y su equipo, incluido el autor principal Yoonho Kim, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, describen su diseño robótico suave hoy en la revista Science Robotics. Los otros coautores del artículo son el estudiante de posgrado del MIT German Alberto Parada y el estudiante visitante Shengduo Liu.

Para eliminar los coágulos de sangre en el cerebro, los médicos a menudo realizan un procedimiento endovascular, una cirugía mínimamente invasiva en la que un cirujano inserta un cable delgado a través de la arteria principal del paciente, generalmente en la pierna o la ingle. Guiado por un fluoroscopio que simultáneamente captura imágenes de los vasos sanguíneos mediante rayos X, el cirujano gira manualmente el cable hacia el vaso cerebral dañado. Luego, se puede enroscar un catéter a lo largo del cable para administrar medicamentos o dispositivos de recuperación de coágulos a la región afectada.

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.
Yoonho Kim

Kim dice que el procedimiento puede ser físicamente agotador, lo que requiere que los cirujanos, que deben estar específicamente entrenados en la tarea, soporten la exposición repetida a la radiación de la fluoroscopia.

“Es una habilidad exigente, y simplemente no hay suficientes cirujanos para los pacientes, especialmente en áreas suburbanas o rurales”, dice Kim.

Los alambres guía médicos utilizados en tales procedimientos son pasivos, lo que significa que deben manipularse manualmente, y generalmente están hechos de un núcleo de aleaciones metálicas, recubiertas de polímero, un material que Kim dice que podría generar fricción y dañar los revestimientos de los vasos si el alambre se tocara quedar atascado temporalmente en un espacio particularmente estrecho.

El equipo se dio cuenta de que los desarrollos en su laboratorio podrían ayudar a mejorar dichos procedimientos endovasculares, tanto en el diseño de la guía como en la reducción de la exposición de los médicos a cualquier radiación asociada.

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.
Enhebrar una aguja

En los últimos años, el equipo ha acumulado experiencia tanto en hidrogeles (materiales biocompatibles hechos principalmente de agua) como en materiales accionados magnéticamente impresos en 3D que pueden diseñarse para gatear, saltar e incluso atrapar una pelota, simplemente con siguiendo la dirección de un imán.

En este nuevo artículo, los investigadores combinaron su trabajo en hidrogeles y en actuación magnética, para producir un hilo robótico recubierto de hidrogel magnéticamente orientable, o alambre guía, que pudieron hacer lo suficientemente delgado como para guiar magnéticamente a través de una réplica de silicona de tamaño natural. de los vasos sanguíneos del cerebro.

hilo robótico diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro., MIT – hilo robótico diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro., Revista NUVEEl núcleo del hilo robótico está hecho de aleación de níquel-titanio, o “nitinol”, un material que es flexible y elástico. A diferencia de una percha, que conservaría su forma cuando se doblara, un alambre de nitinol volvería a su forma original, dándole más flexibilidad para enrollar a través de vasos apretados y tortuosos. El equipo cubrió el núcleo del cable con una pasta gomosa, o tinta, que incrustaron con partículas magnéticas.

Finalmente, utilizaron un proceso químico que desarrollaron previamente, para recubrir y unir la cubierta magnética con hidrogel, un material que no afecta la capacidad de respuesta de las partículas magnéticas subyacentes y, sin embargo, proporciona al cable una superficie suave, libre de fricción y biocompatible.

Demostraron la precisión y activación del hilo robótico mediante el uso de un imán grande, muy parecido a las cuerdas de una marioneta, para dirigir el hilo a través de una carrera de obstáculos de pequeños anillos, que recuerda a un hilo que se abre paso a través del ojo de una aguja.

Los investigadores también probaron el hilo en una réplica de silicona de tamaño real de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, modelados a partir de las tomografías computarizadas del cerebro de un paciente real. El equipo llenó los vasos de silicona con un líquido que simulaba la viscosidad de la sangre, luego manipuló manualmente un gran imán alrededor del modelo para dirigir el robot a través de los estrechos y sinuosos caminos de los vasos.

Kim dice que el hilo robótico se puede funcionalizar, lo que significa que se pueden agregar características, por ejemplo, para administrar medicamentos reductores de coágulos o romper bloqueos con luz láser. Para demostrar esto último, el equipo reemplazó el núcleo de nitinol del hilo con una fibra óptica y descubrió que podían dirigir magnéticamente el robot y activar el láser una vez que el robot alcanzara una región objetivo.

Cuando los investigadores realizaron comparaciones entre el hilo robótico recubierto y el no recubierto con hidrogel, descubrieron que el hidrogel le dio al hilo una ventaja muy necesaria y resbaladiza, permitiéndole deslizarse a través de espacios más estrechos sin atascarse. En una cirugía endovascular, esta propiedad sería clave para evitar la fricción y las lesiones en los revestimientos de los vasos a medida que el hilo avanza.

“Uno de los desafíos en la cirugía ha sido poder navegar a través de complicados vasos sanguíneos en el cerebro, que tiene un diámetro muy pequeño, donde los catéteres comerciales no pueden alcanzar”, dice Kyujin Cho, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de Seúl. . “Esta investigación ha demostrado potencial para superar este desafío y permitir procedimientos quirúrgicos en el cerebro sin cirugía abierta”.

El hilo robótico está diseñado para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro.¿Y cómo puede este nuevo hilo robótico mantener a los cirujanos libres de radiación? Kim dice que una guía magnética orientable elimina la necesidad de que los cirujanos empujen físicamente un cable a través de los vasos sanguíneos de un paciente. Esto significa que los médicos tampoco tendrían que estar cerca de un paciente y, lo que es más importante, del fluoroscopio generador de radiación.

En el futuro cercano, él imagina cirugías endovasculares que incorporan tecnologías magnéticas existentes, como pares de imanes grandes, las direcciones de las cuales los médicos pueden manipular desde afuera de la sala de operaciones, lejos del fluoroscopio que toma imágenes del cerebro del paciente, o incluso en ubicación diferente

“Las plataformas existentes podrían aplicar el campo magnético y realizar el procedimiento de fluoroscopia al mismo tiempo al paciente, y el médico podría estar en la otra habitación, o incluso en una ciudad diferente, controlando el campo magnético con un joystick”, dice Kim. “Nuestra esperanza es aprovechar las tecnologías existentes para probar nuestro hilo robótico in vivo en el siguiente paso”.

Se trata de un robot gusano. Te contamos cómo funciona.

El tratamiento de los tumores y enfermedades cerebrovasculares puede ser simple o complejo en dependencia de su localización en nuestro cerebro. En ocasiones, el difícil acceso puede ser fatal para la persona afectada. 

Ahora, una novedosa herramienta creada por científicos del MIT podría hacer que las cirugías del cerebro sean más efectivas y menos invasivas. Los investigadores Yoonho Kim y Xuanhe Zhao crearon un robot alargado con forma de gusano que puede dirigirse utilizando un imán a través de las arterias más finas del cerebro, según publicó la revista Science.

El robot gusano es un polímero conformado por pequeñas partículas magnéticas incrustadas que interactúan con el imán guía y está recubierto de un material autolubricante. Tiene menos de 0,6 milímetros de diámetro.

Esta investigación fue financiada, en parte, por la Oficina de Investigación Naval, el Instituto MIT para Nanotecnologías de Soldados y la National Science Foundation (NSF).

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  • Manipulo manualmente un imán grande alrededor del modelo
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Temas:Bioingeniería y biotecnologíaCerebro y ciencias cognitivasIngeniería civil y ambientalEntrega de medicamentosIngeniería mecánicaInvestigaciónEscuela de IngenieríaFundación Nacional de Ciencias (NSF)

 

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