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

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Los ingenieros del MIT han desarrollado un robot con forma de hilo, orientable magnéticamente, que puede deslizarse activamente a través de vías estrechas y sinuosas, como la vasculatura laberíntica del cerebro.

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

“El accidente cerebrovascular es la quinta causa de muerte y una de las principales causas de discapacidad en los Estados Unidos. Si el accidente cerebrovascular agudo puede tratarse en los primeros 90 minutos aproximadamente, las tasas de supervivencia de los pacientes podrían aumentar significativamente”, afirma Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT. “Si pudiéramos diseñar un dispositivo para revertir la obstrucción de los vasos sanguíneos dentro de esta 'hora dorada', podríamos evitar potencialmente el daño cerebral permanente. Ésa 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 hoy su diseño robótico blando en la revista Science Robotics. Los otros coautores del artículo son el estudiante graduado del MIT, el alemán Alberto Parada, y el estudiante visitante Shengduo Liu.

En un aprieto

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

Kim dice que el procedimiento puede ser físicamente agotador y requiere que los cirujanos, que deben estar específicamente capacitados para 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 las zonas suburbanas o rurales", dice Kim.

Las guías médicas utilizadas en tales procedimientos son pasivas, lo que significa que deben manipularse manualmente, y generalmente están hechas de un núcleo de aleaciones metálicas, recubiertas de polímero, un material que, según Kim, podría generar fricción y dañar los revestimientos de los vasos si el cable fuera quedar atrapado temporalmente en un espacio particularmente reducido.

El equipo se dio cuenta de que los avances 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.

Enhebrar una aguja

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

En este nuevo artículo, los investigadores combinaron su trabajo en hidrogeles y en accionamiento magnético, para producir un hilo robótico recubierto de hidrogel, o alambre guía, magnéticamente direccionable, 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.

El núcleo del hilo robótico está hecho de una aleación de níquel y titanio, o “nitinol”, un material que es a la vez flexible y elástico. A diferencia de una percha, que conservaría su forma al doblarse, un alambre de nitinol volvería a su forma original, dándole más flexibilidad para enrollarse a través de recipientes estrechos 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 biocompatible, lisa y sin fricción.

Demostraron la precisión y activación del hilo robótico mediante el uso de un gran imán, muy parecido a las cuerdas de una marioneta, para dirigir el hilo a través de una carrera de obstáculos formada por 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 natural de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, modelada a partir de 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 funciones, por ejemplo, para administrar medicamentos reductores de coágulos o romper obstrucciones 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 no recubierto con hidrogel, descubrieron que el hidrogel le dio al hilo una ventaja resbaladiza muy necesaria, permitiéndole deslizarse a través de espacios más reducidos sin atascarse. En una cirugía endovascular, esta propiedad sería clave para prevenir la fricción y las lesiones en el revestimiento de los vasos a medida que el hilo se abre paso.

"Uno de los desafíos en 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 llegar", 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".

¿Y cómo puede este nuevo hilo robótico mantener a los cirujanos libres de radiación? Kim dice que un alambre guía orientable magnéticamente elimina la necesidad de que los cirujanos empujen físicamente un alambre a través de los vasos sanguíneos del paciente. Esto significa que los médicos tampoco tendrían que estar muy cerca del paciente y, lo que es más importante, del fluoroscopio que genera radiación.

En un futuro próximo, imagina cirugías endovasculares que incorporen tecnologías magnéticas existentes, como pares de grandes imanes, cuyas direcciones los médicos puedan manipular desde fuera del quirófano, lejos del fluoroscopio que toma imágenes del cerebro del paciente, o incluso en un lugar completamente diferente ubicación.

"Las plataformas existentes podrían aplicar un 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".

Esta investigación fue financiada, en parte, por la Oficina de Investigación Naval, el Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF).

El periodista del Smithsonian Jason Daley escribe que los investigadores del MIT han creado un nuevo hilo robótico controlado magnéticamente que puede atravesar el cerebro humano. "En el futuro, podría moverse a través de los vasos sanguíneos del cerebro para ayudar a eliminar obstrucciones", explica Daley.

La reportera de Placa base Becky Ferreira escribe que los investigadores del MIT han desarrollado un hilo robótico que podría usarse para tratar coágulos de sangre neurológicos o accidentes cerebrovasculares. El robot podría estar equipado con fármacos o láseres “que podrían aplicarse a áreas problemáticas del cerebro. Este tipo de técnica mínimamente invasiva también puede ser útil para mitigar el daño causado por emergencias neurológicas como los accidentes cerebrovasculares”.

El reportero de TechCrunch, Darrell Etherington, escribe que los investigadores de MI han desarrollado un nuevo hilo robótico que podría usarse para hacer que las cirugías cerebrales sean menos invasivas. Etherington explica que los nuevos hilos robóticos podrían "potencialmente hacer que sea más fácil y accesible el tratamiento de problemas de los vasos sanguíneos del cerebro, como obstrucciones y lesiones que pueden causar aneurismas y accidentes cerebrovasculares".

El reportero de Gizmodo, Andrew Liszewski, escribe que un nuevo trabajo robótico con forma de hilo desarrollado por investigadores del MIT podría usarse para eliminar rápidamente obstrucciones y coágulos que provocan accidentes cerebrovasculares. "El robot no sólo haría que el procedimiento post-ictus fuera cada vez más rápido, sino que también reduciría la exposición a la radiación que los cirujanos a menudo tienen que soportar", explica Liszewski.

Los investigadores del MIT han desarrollado un nuevo gusano robótico controlado magnéticamente que algún día podría ayudar a que las cirugías cerebrales sean menos invasivas, informa Chris Stokel-Walker para New Scientist. Cuando se probó en un modelo de silicio del cerebro humano, "el robot podría abrirse camino a través de vasos sanguíneos de difícil acceso".

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