"Sanfte Mikroroboter" könnten Biopsien machen, Medikamente liefern

An der Johns Hopkins Universität in Baltimore, MD, entwickelt ein Team, das in einem neuen Bereich namens Soft Robotics arbeitet, winzige, sich selbst faltende Geräte, die eines Tages für Biopsien oder die präzise Abgabe von Medikamenten in lebendem Gewebe verwendet werden könnten.
Sternförmige Mikrogreifer könnten eines Tages Chirurgen bei der Durchführung minimalinvasiver Biopsien unterstützen.
Bildnachweis: American Chemical Society

Soft Robotics ist ein neues Forschungsgebiet, das aus vielen Bereichen Interesse weckt. Es verwendet weiche und verformbare Strukturen, um Robotersystemen zu ermöglichen, in unsicheren und dynamischen Umgebungen zu arbeiten; zum Beispiel, um unbekannte Objekte zu erfassen und zu manipulieren, sich in unwegsamen Gelände zu bewegen und - wie im Fall dieser neuen Studie - mit lebenden Zellen im menschlichen Körper zu arbeiten.

Ein weiterer spannender Bereich, in dem weiche Materialien auf Robotersysteme angewendet werden, sind visionäre Forschungen, wie zum Beispiel sich selbst reparierende, wachsende und sich selbst replizierende Roboter.

In Bezug auf medizinische Anwendungen ist Soft Robotics jedoch immer noch sehr neu. Daher beschäftigt sich ein Großteil der aktuellen Forschung damit, neue Materialien zu testen und potenzielle Anwendungen zu prüfen, anstatt Geräte herzustellen, die für klinische Versuche bereit sind.

Das Team hinter der neuen Studie hat ein neues Material hergestellt und getestet, indem es "selbstfaltende Mikrogreifer" hergestellt hat, von denen sie glauben, dass sie eines Tages Chirurgen erlauben könnten, minimal-invasive Biopsien durchzuführen oder Medikamente über die Fernbedienung an präzise Stellen im Körper abzugeben.

Die Forscher berichten über ihre Arbeit in der Zeitschrift ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.

Mikrogreifer, die Zellen umhüllen und Zellen aus dem Gewebe entfernen können

Die selbst faltenden Mikrogreifer - die wie Seesternen mit sechs Armen aussehen, die sich zusammenfalten lassen - bestehen aus einem Hydrogel, das bei Temperatur-, Säure- und Lichtschwankungen anschwillt und schrumpft.

Zunächst fanden die Forscher - unter der Leitung von Prof. David Gracias vom Department of Materials Science and Engineering der Johns Hopkins - heraus, dass das Hydrogel zwar gut verformte, aber nicht steif genug war, um etwas zu greifen und zu halten.

Aber nach mehreren Experimenten und Computermodellen stellte das Team fest, dass sie, wenn sie das weiche, quellfähige Hydrogel mit einem steifen, biologisch abbaubaren Polymer, das nicht anschwillt, einen selbstfalteten Mikrogreifer bilden, der Zellen umhüllen und sie aus der Umgebung entfernen kann Gewebe.

In einem weiteren Schritt hat das Team Eisennanopartikel in die versteifte Hydrogelstruktur eingebettet, so dass es ferngesteuert und mit einer nicht angebrachten Magnetsonde bewegt werden kann.

Der Vorteil eines solchen Geräts ist, dass es keine Drähte benötigt, um es zu betreiben und es beweglich zu machen, so dass es klein und beweglich bleiben kann.

Das folgende Video zeigt, wie die Microgrippers funktionieren:

Neues Material könnte Chirurgen die Möglichkeit geben, Biopsien aus der Ferne zu kontrollieren

Die Forscher sagen, dass ihr neues Material in der Mikromontage oder Mikrotechnik von weichen oder biologischen Teilen verwendet werden könnte, oder um Chirurgen die Möglichkeit zu geben, direkt zu steuern, wo Biopsien entnommen werden.

Prof. Gracias sagt, dass die Mikrogripper zeigen, was mit diesen neuen Materialien gemacht werden kann, und ihre Arbeit öffnet den Weg zu einer Reihe von biologisch abbaubaren, miniaturisierten chirurgischen Werkzeugen, die sich sicher im Körper lösen können.

Die Mittel für die Studie kamen von der National Science Foundation und den National Institutes of Health.

Die Studie ist ein gutes Beispiel für neue Robotermethoden, die dazu beitragen, chirurgische Eingriffe so minimal wie möglich zu halten. Je weniger das umliegende Gewebe bei der Entnahme und Entfernung von Tumoren gestört ist, desto geringer ist das Risiko von Komplikationen und desto schneller erholt sich der Patient.

Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel dafür ist eine Studie, die Medizinische Nachrichten heute berichteten im Dezember 2014, als die Forscher ein minimalinvasives, robotergestütztes Verfahren zur Behandlung von Tumoren tief im Nacken oder Kopf entwickelt haben, die zuvor nicht operabel waren.

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