Учёные разработали роботов размером с кончик карандаша, которые могут перемещаться внутри организма и доставлять лекарства к очагу инфекции в бьющемся сердце. Технология призвана стать менее рискованной альтернативой операциям на открытом сердце и внутривенной терапии, которая не всегда позволяет получить достаточную концентрацию препарата в поражённой ткани. В дальнейшем такие устройства могут применяться и для адресного лечения других труднодоступных заболеваний, включая рак.
Речь идёт об эндокардите — инфекции тканей сердца, которой ежегодно заболевают около 50 тысяч человек в США. Обычно пациентам назначают внутривенные антибиотики на протяжении нескольких недель, однако по пути к сердцу препараты часто оказываются слишком разбавленными. В результате врачам приходится выбирать между увеличением дозировок, способным вызвать токсические эффекты, и крайне сложным хирургическим вмешательством.
Для точной доставки лекарства исследователи создали магнитоуправляемые миллироботы. Каждый из них по ширине сопоставим с кончиком карандаша или головкой спички, а по длине — с рисовым зерном. Система состоит из двух устройств: игольчатый модуль закрепляется на инфицированном участке сердечной ткани и становится своеобразной станцией приёма, а лекарственный модуль доставляет к ней антибиотик и затем постепенно высвобождает его.
Оба робота перемещаются без проводов под воздействием внешней системы электромагнитных катушек, работающей по принципу оборудования для магнитно-резонансной томографии. Разделение устройства на два небольших модуля помогает проникать в узкие участки тела, а закреплённый игольчатый элемент можно оставить на месте и менять лекарственные модули для повторного введения препарата. «Магнитное управление интересно тем, что роботу не требуется собственный источник питания. В нём нет батарей и двигателей», — сказал старший автор работы, специалист по медицинской робототехнике Аксель Кригер.
Испытания на моделях сердца, имитирующих человеческий орган, и на настоящей ткани свиного сердца показали, что роботы способны плавно и автономно двигаться даже при смоделированном кровотоке. По словам первого автора исследования Ануруддхи Бхаттачарджи, устройство можно вводить в вену в виде небольшой капсулы, после чего оно направляется к нужному месту. Вся процедура потенциально займёт около 10 минут, а при необходимости нескольких введений — до часа, тогда как стандартная внутривенная терапия обычно длится от четырёх до шести недель.
«Есть много областей помимо инфекций сердца, где такая адресная доставка лекарств и управляемые роботы могут сыграть важную роль. Это действительно передний край хирургической робототехники», — отметил Кригер. Исследователи также рассматривают применение системы для доставки препаратов к очагам распространения рака и планируют испытать её на более реалистичных моделях сердца с сокращением мышц и движениями, имитирующими биение органа. Результаты опубликованы в Advanced Materials Technologies, а работу поддержала программа CAREER Национального научного фонда США; среди соавторов — специалисты Университета Джонса Хопкинса, Мэрилендского университета и Weinberg Medical Physics.