Schwärme von Mikrorobotern, die in den menschlichen Körper injiziert werden, könnten laut neuen Forschungsergebnissen der University of Essex interne medizinische Geräte entsperren und die Notwendigkeit weiterer Operationen vermeiden.
Die Studie ist das erste Mal, dass Wissenschaftler magnetische Mikrorobotik entwickelt haben, um Ablagerungen in Shunts zu entfernen – übliche interne medizinische Geräte, die zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen verwendet werden, indem überschüssige Flüssigkeit aus Organen abgeleitet wird.
Shunts sind anfällig für Fehlfunktionen, die häufig durch Verstopfungen aufgrund von Ablagerungen verursacht werden. Das Sediment verengt und blockiert nicht nur die Flüssigkeit, die durch den Shunt strömt, sondern beeinflusst auch die Flexibilität des Shunts. Dies führt dazu, dass Patienten ihr ganzes Leben lang wiederholte invasive Operationen benötigen, um entweder den Shunt zu ersetzen oder einen Katheter zu verwenden, um die Blockade zu entfernen.
Diese neue Forschung unter der Leitung des Mikrorobotik-Experten Dr. Ali Hoshiar von der Essex School of Computer Science and Electronic Engineering hat jedoch gezeigt, dass es eine drahtlose, nicht-invasive Alternative zur Beseitigung der Blockierung in einem Shunt geben könnte.
Veröffentlicht im IEEE-Transaktionen zur Biomedizinischen Technik Journal haben Dr. Hoshiar und sein Team gezeigt, dass ein Schwarm von Hunderten von Mikrorobotern – hergestellt aus magnetischen Nanopartikeln in Nanogröße – die in den Shunt injiziert werden, stattdessen das Sediment entfernen könnte.
„Sobald die magnetischen Mikroroboter in den Shunt injiziert wurden, können sie mithilfe eines Magnetfelds, das von einem starken Magneten auf der Körperoberfläche erzeugt wird, entlang der Röhre zum betroffenen Bereich bewegt werden“, erklärte Dr. Hoshiar. „Der Schwarm von Mikrorobotern kann dann bewegt werden, damit sie das Sediment wegkratzen und das Rohr frei machen.
„Die nicht-invasive Natur dieser Methode ist ein erheblicher Vorteil gegenüber bestehenden Methoden, da sie möglicherweise das Risiko einer Operation und einer mit der Operation verbundenen Infektion eliminiert und dadurch die Genesungszeit verkürzt.“
Da jeder Mikroroboter kleiner als ein menschliches Haar ist, kann der Schwarm, nachdem er seine Arbeit erledigt hat, entweder über ein Magnetfeld oder Körperflüssigkeit zum Magen geleitet werden, sodass sie den Körper auf natürliche Weise verlassen. Da die Mikroroboter eine sehr hohe Biokompatibilität aufweisen, verursachen sie keine Toxizität.
Die Forschung fand auch einen direkten Zusammenhang zwischen der Stärke des Magnetfelds und dem Erfolg beim Abkratzen des Sediments im Shunt.
Dies ist das erste Proof-of-Concept-Experiment, bei dem Mikroschwärme zum Öffnen einer Blockade in einem Shunt verwendet werden. Die nächste Phase dieser Forschung besteht darin, mit Klinikern zusammenzuarbeiten, um Studien durchzuführen. Die Forscher untersuchen auch, wie das Konzept für andere Anwendungen genutzt werden kann.
A. Moghanizadeh et al, Ein neuartiger nicht-invasiver Eingriff zum Entfernen von Okklusionen von Shunts unter Verwendung eines abschleifenden magnetischen Mikroschwarms, IEEE-Transaktionen zur Biomedizinischen Technik (2022). DOI: 10.1109/TBME.2022.3192807