ロボットの糸は脳の血管をすり抜けるように設計されている

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MITの技術者らは、脳の迷路血管系などの狭く曲がりくねった経路を能動的に滑走できる、磁力で操縦可能な糸状ロボットを開発した。

将来的には、このロボットスレッドを既存の血管内技術と組み合わせることで、医師がロボットを遠隔から患者の脳血管内に誘導して、動脈瘤や脳卒中などで発生する閉塞や病変を迅速に治療できるようになる可能性がある。

「脳卒中は米国における死因の第5位であり、障害の主な原因となっています。 急性脳卒中を最初の90分程度以内に治療できれば、患者の生存率は大幅​​に向上する可能性がある」とMITの機械工学および土木・環境工学の准教授Xuanhe Zhao氏は言う。 「この『ゴールデンアワー』内に血管閉塞を回復する装置を設計できれば、永久的な脳損傷を回避できる可能性があります。 それが私たちの希望です。」

Zhao 氏と、筆頭著者で MIT 機械工学科の大学院生である Yuonho Kim 氏を含む彼のチームは、本日、科学誌 Science Robotics でソフト ロボットの設計について説明しています。 この論文の他の共著者は、MIT大学院生のドイツ人アルベルト・パラダ氏と客員学生のシェンドゥオ・リウ氏である。

狭い場所で

脳内の血栓を除去するために、医師は血管内手術を行うことがよくあります。これは外科医が患者の主動脈（通常は脚または鼠径部）に細いワイヤーを挿入する低侵襲手術です。 X線を使用して同時に血管を画像化するX線透視装置に導かれ、外科医は手動でワイヤーを回転させて損傷した脳血管まで挿入します。 次に、カテーテルをワイヤに沿って通して、薬剤または血栓回収装置を患部に送達します。

キム氏は、この手術は肉体的に負担がかかる可能性があり、外科医はこの作業について特別な訓練を受けなければならず、透視検査による繰り返しの放射線被ばくに耐えなければならないと述べている。

「これは要求の高い技術であり、特に郊外や田舎では、患者に対応できる外科医がまったく足りません」とキム氏は言う。

このような処置で使用される医療用ガイドワイヤーは受動的なもの、つまり手動で操作する必要があり、通常はポリマーでコーティングされた金属合金のコアで作られており、キム氏によれば、この素材はワイヤーが接触した場合に摩擦が発生し、血管内壁に損傷を与える可能性があるという。特に狭い空間に一時的に閉じ込められる。

研究チームは、研究室での開発が、ガイドワイヤーの設計と、関連する放射線への医師の被ばく低減の両方において、このような血管内処置の改善に役立つ可能性があることに気づきました。

針に糸を通す

過去数年にわたって、チームはハイドロゲル（主に水で作られた生体適合性材料）と、簡単に這ったり、ジャンプしたり、さらにはボールをキャッチしたりできるように設計できる3Dプリントされた磁気作動材料の両方に関する専門知識を蓄積してきました。磁石の方向に従います。

この新しい論文では、研究者らはハイドロゲルと磁気作動に関する研究を組み合わせて、磁気的に操縦可能なハイドロゲルでコーティングされたロボット用スレッド、つまりガイドワイヤを作成しました。これを、実物大のシリコーンレプリカを磁気的にガイドできるほど十分に薄くすることができました。脳の血管のこと。

ロボットスレッドのコアは、曲げやすく弾力のある素材であるニッケルチタン合金、つまり「ニチノール」で作られています。 曲げても形状を維持する衣類ハンガーとは異なり、ニチノール ワイヤーは元の形状に戻るため、きつく曲がりくねった血管をより柔軟に巻き取ることができます。 研究チームはワイヤーの芯をゴム状のペースト、つまりインクでコーティングし、その全体に磁性粒子を埋め込んだ。