Ученые Университета ИТМО предложили лечить тромбоз с помощью мягких роботов, управляемых магнитным полем. Новый метод безопаснее аналогов — в будущем он позволит снизить вмешательства в организм и «защитить» внутренние стенки сосудов от повреждений, что, в свою очередь, уменьшит вероятность образования новых тромбов. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Спиральный эластичный робот. Источник: Дмитрий Григорьев, ITMO.News
Тромбоз (образование плотных кровяных сгустков в сосудах, препятствующих нормальному движению крови) — одна из основных причин возникновения инсульта и ишемической болезни сердца. Лечат его чаще всего с помощью хирургии: механически извлекают тромбы специальными устройствами, например, катетером или стентом. Инвазивный характер этого подхода угрожает здоровью человека: жесткие устройства, которые делают из пластика или металла, могут повреждать внутренние стенки сосудов, вызывая повторное образование сгустков. Также для лечения тромбоза в некоторых случаях прибегают к тромболитической терапии, однако препараты могут приводить к сильным кровотечениям.
Ученые ИТМО работают над более щадящим и эффективным методом удаления тромбов — с помощью мягких роботов, форма и движение которых «программируются» магнитным полем. Это биосовместимая эластомерная матрица с термочувствительным полимером и встроенными ферромагнитными частицами.
«Мы искали способ перепрограммировать материал так, чтобы он смог перемещаться в жидкости. Когда эта задача была решена, мы адаптировали его под лечение тромбоза. В ходе экспериментов нам удалось определить для наших роботов оптимальные размер, состав и дизайн. Длина и ширина — примерно 15 мм и 2 мм: такие параметры позволяют им без затруднений передвигаться по глубоким венам. Роботов планируем вводить в сосуд в виде мягкой полоски, но под воздействием вращающегося магнитного поля они будут преобразовываться в спираль. Эта спираль “подбирается” к тромбу и, как своеобразный буравчик, “накручивает” сгусток. Зацепив его, она также под влиянием магнитного поля возвращается назад. Дальше остается лишь извлечь робота с захваченным тромбом из сосуда», - рассказывает Анна Пожиткова, инженер Международного научного центра SCAMT ИТМО.
Мягкие роботы уже успешно показали себя на исследованиях in vitro (в пробирке): ученые помещали их в стеклянную трубку диаметром, как у вены, и потоком жидкости, вязкость которой похожа на вязкость крови, а в качестве сгустков использовали фибриновые (медицинские) тромбы. Процесс перепрограммирования, превращение роботов в движущуюся в жидкости спираль, запускали и контролировали с помощью магнитной установки, способной генерировать магнитные поля в разных направлениях.
Магнитная установка для проведения экспериментов (демонстрирует Анна Пожиткова). Источник: Дмитрий Григорьев, ITMO.News
«Структура материала и возможность управлять роботами вращающимися магнитными полями делают наш метод более безопасным. Благодаря мягкости материала стенки сосудов не будут травмироваться при перемещении роботов, а дистанционный контроль с помощью магнитной установки позволит совершать меньше вмешательств в организм. Также наши роботы могут пробираться даже в труднодоступные места: в извилистые и ограниченные среды», - дополняет Анна Пожиткова.
По словам ученых, полученные результаты — начальный этап в создании малоинвазивного метода лечения тромбоза. Исследование раскрыло ряд неочевидных вопросов, ответы на которые помогут избежать многих проблем на этапе in vivo (тестирование на живых организмах): например, какие особенности движения мягких материалов в жидкостях, какой дизайн использовать для разных видов тромбов и как обеспечить дистанционный контроль за роботами.
Проект поддержан грантом Российского научного фонда (№-21-73-10150).
Информация и фото предоставлены пресс-службой Университета ИТМО
