Τα μικροσκοπικά ρομπότ ενδέχεται στο μέλλον να αλλάξουν ριζικά τον τρόπο αντιμετώπισης σοβαρών λοιμώξεων της καρδιάς, περιορίζοντας την ανάγκη για πολύμηνη νοσηλεία και επικίνδυνες χειρουργικές επεμβάσεις. Ερευνητές του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στις ΗΠΑ ανέπτυξαν δύο συνεργαζόμενα μαγνητικά ρομπότ, με διαστάσεις συγκρίσιμες με έναν κόκκο ρυζιού, τα οποία μπορούν να κατευθύνονται προς συγκεκριμένα σημεία του καρδιακού ιστού και να απελευθερώνουν εκεί φαρμακευτικές ουσίες. Η τεχνολογία θα μπορούσε μελλοντικά να περιορίσει μια θεραπευτική διαδικασία αρκετών εβδομάδων σε μία ημέρα, εφόσον επιβεβαιωθεί η αποτελεσματικότητά της.
Η έρευνα παρουσιάστηκε από το Johns Hopkins, ενώ η επιστημονική μελέτη είχε δημοσιευθεί στο περιοδικό Advanced Materials Technologies. Το σύστημα προορίζεται κυρίως για την αντιμετώπιση της λοιμώδους ενδοκαρδίτιδας, μιας σοβαρής λοίμωξης που μπορεί να προσβάλει τις βαλβίδες και την εσωτερική επιφάνεια της καρδιάς. Προς το παρόν, τα μικροσκοπικά ρομπότ έχουν δοκιμαστεί μόνο σε εργαστηριακά μοντέλα και σε καρδιακό ιστό χοίρου εκτός ζωντανού οργανισμού. Δεν έχουν πραγματοποιηθεί δοκιμές σε ανθρώπους.
Γιατί η ενδοκαρδίτιδα απαιτεί τόσο δύσκολη θεραπεία
Η λοιμώδης ενδοκαρδίτιδα είναι μια δυνητικά απειλητική για τη ζωή λοίμωξη, η οποία επηρεάζει περίπου 50.000 ανθρώπους κάθε χρόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Η συνήθης θεραπεία περιλαμβάνει ενδοφλέβια χορήγηση αντιβιοτικών για τέσσερις έως έξι εβδομάδες, καθώς η αντιμετώπιση των μικροοργανισμών που έχουν εγκατασταθεί στον καρδιακό ιστό μπορεί να είναι ιδιαίτερα απαιτητική.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η φαρμακευτική αγωγή δεν επαρκεί και απαιτείται χειρουργική αντιμετώπιση, ιδιαίτερα όταν υπάρχει σοβαρή βλάβη στις καρδιακές βαλβίδες ή ανεξέλεγκτη λοίμωξη.
Το πρόβλημα που επιχειρούν να αντιμετωπίσουν οι ερευνητές είναι η αποτελεσματική συγκέντρωση της θεραπευτικής ουσίας ακριβώς στο σημείο της λοίμωξης.
Η στοχευμένη χορήγηση θα μπορούσε να περιορίσει τη συστηματική έκθεση σε υψηλές δόσεις φαρμάκων, χωρίς όμως να έχει αποδειχθεί ακόμη ότι μπορεί να αντικαταστήσει τις καθιερωμένες θεραπείες.
Δύο ρομπότ συνεργάζονται μέσα στην καρδιά
Η πρωτοτυπία της τεχνολογίας βρίσκεται στον τρόπο συνεργασίας των δύο μικροσκοπικών ρομπότ, τα οποία οι επιστήμονες αποκαλούν millirobots.
Το πρώτο, γνωστό ως needle module, διαθέτει ένα ειδικά σχεδιασμένο άκρο που μπορεί να αγκιστρώνεται στον καρδιακό ιστό.
Αφού φτάσει στο επιθυμητό σημείο, παραμένει σταθερό και λειτουργεί ως βάση υποδοχής.
Το δεύτερο, το drug module, μεταφέρει το φαρμακευτικό φορτίο. Προσεγγίζει την πρώτη μονάδα, συνδέεται μαγνητικά μαζί της και απελευθερώνει σταδιακά την ουσία στο επιλεγμένο σημείο.
Το σημαντικότερο είναι ότι η μονάδα χορήγησης μπορεί να αποσυνδεθεί και να αντικατασταθεί από μια νέα, χωρίς να χρειάζεται απαραίτητα να αφαιρεθεί η μονάδα που έχει ήδη στερεωθεί στον ιστό.
Έτσι, τα μικροσκοπικά ρομπότ θα μπορούσαν να υποστηρίζουν επαναλαμβανόμενες δόσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια και μικρότερη παρέμβαση.
Κινούνται με μαγνητικά πεδία χωρίς μπαταρίες
Τα ρομπότ δεν διαθέτουν δικούς τους ηλεκτροκινητήρες ή μπαταρίες.
Η κίνησή τους πραγματοποιείται μέσω εξωτερικού συστήματος ηλεκτρομαγνητικών πηνίων, το οποίο παράγει ελεγχόμενα μαγνητικά πεδία.
Η αρχή λειτουργίας παρουσιάζει ομοιότητες με τεχνολογίες μαγνητικού ελέγχου που χρησιμοποιούνται σε ιατρικά συστήματα, αν και δεν πρόκειται για συμβατική μαγνητική τομογραφία.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιεί επίσης υποβοήθηση από σύστημα μηχανικής όρασης, ώστε τα ρομπότ να ακολουθούν την επιθυμητή πορεία.
Στις εργαστηριακές δοκιμές, το σύστημα κατάφερε να πραγματοποιήσει ελεγχόμενη πλοήγηση ακόμη και απέναντι σε προσομοιωμένη παλμική ροή αίματος.
Παράλληλα, η μονάδα χορήγησης επέδειξε δυνατότητα απελευθέρωσης 22 μικρολίτρων υγρού σε διάστημα τριών ωρών.
Οι ερευνητές κατέγραψαν επίσης επιτυχία 100% στη μαγνητική σύνδεση των μονάδων και 93% στην αποσύνδεσή τους, υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες δοκιμής.
Από έξι εβδομάδες θεραπείας σε μία ημέρα;
Ο επικεφαλής ερευνητής Axel Krieger θεωρεί ότι τα μικροσκοπικά ρομπότ μπορούν να ανοίξουν νέους δρόμους στις ελάχιστα επεμβατικές θεραπείες.
Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Anuruddha Bhattacharjee, εκτιμά ότι μια μελλοντική διαδικασία στοχευμένης χορήγησης θα μπορούσε να ολοκληρώνεται σε περίπου δέκα λεπτά ή σε μία ώρα όταν απαιτούνται επαναλαμβανόμενες δόσεις.
Η προοπτική αυτή δημιουργεί την ελπίδα ότι θεραπείες που σήμερα διαρκούν εβδομάδες θα μπορούσαν κάποτε να περιοριστούν σημαντικά.
Ωστόσο, υπάρχει μια κρίσιμη διαφορά ανάμεσα στον χρόνο χορήγησης ενός φαρμάκου και στον χρόνο που απαιτείται για την εξάλειψη μιας λοίμωξης.
Οι ερευνητές δεν έχουν αποδείξει ότι η ενδοκαρδίτιδα μπορεί να θεραπευτεί μέσα σε μία ημέρα. Δεν υπάρχουν ακόμη κλινικά αποτελέσματα που να δείχνουν αποτελεσματική εξάλειψη της λοίμωξης ή αποφυγή χειρουργείου σε ασθενείς.
Πότε θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ασθενείς
Το επόμενο στάδιο της έρευνας περιλαμβάνει δοκιμές σε πιο ρεαλιστικά μοντέλα καρδιάς, τα οποία θα προσομοιώνουν όχι μόνο τη ροή του αίματος αλλά και τη συνεχή συστολή και διαστολή του καρδιακού μυός.
Θα πρέπει επίσης να αξιολογηθούν η ασφάλεια της πλοήγησης μέσα στα αγγεία, η πιθανότητα τραυματισμού των ιστών και η ασφαλής ανάκτηση των ρομπότ.
Μόνο μετά από εκτεταμένες προκλινικές μελέτες θα μπορούσε να εξεταστεί η χρήση τους σε ανθρώπους.
Η ομάδα εκτιμά ότι η ίδια αρχιτεκτονική θα μπορούσε μελλοντικά να αξιοποιηθεί και για τη στοχευμένη μεταφορά αντικαρκινικών φαρμάκων σε δυσπρόσιτες περιοχές του οργανισμού.
Η σημαντικότερη εξέλιξη δεν είναι επομένως ότι ανακαλύφθηκε μια θεραπεία της ενδοκαρδίτιδας σε μία ημέρα. Είναι ότι οι ερευνητές απέδειξαν σε εργαστηριακές συνθήκες πως δύο μικροσκοπικά ρομπότ μπορούν να συνεργάζονται, να στερεώνονται σε καρδιακό ιστό και να χορηγούν ελεγχόμενα ένα υγρό φορτίο.
Εφόσον η τεχνολογία εξελιχθεί επιτυχώς, θα μπορούσε να αποτελέσει σημαντικό βήμα προς περισσότερο στοχευμένες και λιγότερο επεμβατικές θεραπείες.
