Миниатюрные роботы – будущее точной доставки лекарств

Крошечные магнитные мягкие роботы открывают новые горизонты в адресной доставке медикаментов. Учёные из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) создали мягких роботов размером с зерно, которые управляются с помощью магнитных полей. Это достижение может привести к усовершенствованным методам лечения в будущем. Подробности о новом роботе, разработанном инженерами Школы машиностроения и аэрокосмической техники NTU, опубликованы в журнале Advanced Materials.

Об исследовании

Это исследование считается первым зарегистрированным случаем использования миниатюрных роботов, которые могут осуществлять доставку до четырех различных медикаментов и высвобождать их в перепрограммируемых порядках и дозах.

По словам исследовательской группы, новые миниатюрные роботы, в отличие от предыдущих моделей, которые могли переносить лишь три типа лекарств и не имели возможности программирования для определенного высвобождения, обладают точными функциями. Это может значительно улучшить результаты терапии и минимизировать побочные эффекты.

Ранее команда NTU разработала магнитно управляемых роботов, способных выполнять сложные маневры, такие как «плавание» в ограниченном пространстве и захват мелких объектов.

Ведущий исследователь, доцент Лум Го Чжань из Школы машиностроения и аэрокосмической техники (MAE), отметил, что команда была вдохновлена фильмом 1960-х годов «Фантастическое путешествие», в котором экипаж подводной лодки уменьшается до размеров клетки для лечения повреждений мозга травмированного ученого.

«Сценарий научно-фантастического фильма становится реальностью благодаря инновациям нашей лаборатории. Традиционные методы доставки медикаментов, такие как пероральный прием и инъекции, будут выглядеть неэффективными по сравнению с отправкой крошечного робота по телу для целевой доставки лекарства именно туда, где оно нужно», — заявил Лум Го Чжань, доцент Школы машиностроения и аэрокосмической техники NTU.

Высокоэффективные и перепрограммируемые возможности дозирования лекарств

Созданный с использованием интеллектуальных магнитных композитных материалов (магнитные микрочастицы и полимеры), этот крошечный робот размером с зерно является нетоксичным для человека.

В отличие от существующих миниатюрных роботов, которые не могут точно контролировать свое положение, недавно разработанный мягкий робот обладает высокой ловкостью — он быстро катится и ползает, преодолевая препятствия. Эта способность открывает новые горизонты для навигации в сложных, неструктурированных средах внутри человеческого тела. В лабораторных экспериментах робот выполнял задачи в воде, имитируя условия организма.

В первом эксперименте робот был помещен на поверхность, разделенную на четыре секции. Он смог перемещаться к каждой из них со скоростью от 0,30 до 16,5 мм в секунду, высвобождая различные препараты, что подтвердило его способность переносить несколько медикаментов и контролировать их высвобождение.

В другом испытании исследователи проверили его способности в более сложных условиях, используя густую жидкость. Результаты показали, что робот может эффективно перемещаться и высвобождать достаточное количество лекарств в течение восьми часов.

Кроме того, после восьми часов непрерывного движения робот продемонстрировал минимальную утечку медикаментов. Эта способность точно контролировать высвобождение без значительных потерь делает мягкого робота отличным кандидатом для процедур, требующих точной доставки нескольких препаратов в разное время и места.

Соавторами исследования являются научный сотрудник Ян Цзылинь и аспирант Сюй Чанъюй из Школы машиностроения и аэрокосмической техники (МАЭ). Ян отметил: «Эти результаты показывают, что наш мягкий робот потенциально может сыграть ключевую роль в будущем целенаправленной доставки лекарств, особенно в таких методах лечения, как терапия рака, где необходим точный контроль над несколькими препаратами».

Доктор Йео Леонг Литт Леонард, старший консультант и хирург неврологического отделения медицинского факультета Национальной университетской больницы и больницы общего профиля Нг Тенг Фонг, добавил: «В настоящее время мы используем катетеры и провода для минимально инвазивных процедур. Но вскоре я предвижу, что их заменят крошечные роботы, которые смогут автономно плавать по телу, достигая труднодоступных мест. Эти роботы смогут оставаться на месте и высвобождать лекарства с течением времени, что будет намного безопаснее, чем оставлять катетер или стент в теле на длительный срок. Это настоящий медицинский прорыв».

Исследовательская группа NTU планирует сделать своих роботов еще меньше, чтобы в будущем использовать их для лечения таких заболеваний, как опухоли мозга, рак мочевого пузыря и колоректальный рак. Прежде чем эти крошечные роботы будут применены в клинической практике, исследователи намерены оценить их производительность с помощью устройств «орган-на-чипе» и животных моделей.